面向对象的土石坝参数随机反演程序设计

将储液容器流固耦合系统中的液体和容器分别视为理想可压缩流体和线弹 性固体，采用流体压力单元和固体壳单元对流固耦合系统进行有限元离散，得到一个非对称 的大型流固耦合有限元方程. 采用Arnoldi方法求解上面这个大型有限元方程的非对称特征 值问题，以得到储液容器的动力特性. 通过移频技术避免了处理零频问题，并构造了迭代格 式计算Arnoldi向量. 数值算例表明所用解法对于流固耦合系统都是非常有效的.     

大型陀螺特征值问题的广义Arnoldi减缩算法

基于Ａｒｎｏｌｄｉ法，建立陀螺特征值问题的广义Ａｒｎｏｌｄｉ格式，并利用系统矩阵的反对称特性，得到极其简洁的甚至比对称矩阵Ｌａｎｃｚｏｓ法更为简单的递推格式，可称为陀螺Ａｒｎｏｌｄｉ减缩算法。     

线性与非线性流固耦合动力学数值方法的进展及应用

本文综述了线性与非线性流固耦合问题数值方法的进展及工程应用。讨论了四种数值分析方法：(1)混合有限元–子结构–子区域数值模型,以求解有限域线性流固耦合问题,如流体晃动,声腔–结构耦合,流体中的压力波,化工容器的地震响应,坝水耦合等;(2)混合有限元–边界元数值模型,以求解涉及无限域的线性流固耦合问题,如大型浮体承受飞机降落冲击,船舰的炮击回应等;(3)混合有限元–有限差分(体积)数值模型,以求解不涉及破浪和两相分离的非线性流固耦合问题;(4)混合有限元–光滑粒子数值模型,以求解涉及破浪和两相分离的非线性流固耦合问题。文中推荐分区迭代求解过程,以便应用现有的固体及流体求解器,于毎一时间步长分别求解固体及流体的方程,通过耦合迭代收敛,向前推进以达问题求解。文中选用的工程应用例子包含气–液–壳三相耦合,液化天然气船水晃动,人体步行冲击引起的声腔–建筑结构耦合,大型浮体承受飞机降落冲击的瞬态动力回应,涉及破浪和两相分离的气–翼耦合及结构于水上降落的冲击。数值分析结果与可用的实验或计算结果作了比较,以说明所述方法的精度及工程应用价值。文中列出了基于流固耦合的波能采积装置模型,以应用线性系统的共振及非线性系统的周期解原理,有效地采积波能。本文列出了231篇参考文献,以便读者进一步研讨所感兴趣方法。     

一种新型转捩技术在跨音速风洞中的应用

针对传统金刚砂粗糙带在跨音速增压风洞实验中易脱落、随机误差大等问题,设计一种新型斑点型粗糙带,解决了大动压条件下,在模型表面实现固定转捩的问题。应用萘升华流动显示技术,分析了固定转捩和自由转捩条件下边界层变化情况;由测力实验得到GBM-01(AGARD-B)标准模型不同Ma数下的气动特性, 并与国外大风洞实验数据进行了比较。实验结果表明：新型斑点型粗糙带能够将层流边界层转变为湍流边界层,可以获得具有高雷诺数特点的数据,且强度高,是一种具有广阔应用前景的新型转捩技术。     

Nonlinear numerical simulation method for galloping of iced conductor

Based on the principle of virtual work, an updated Lagrangian finite element formulation for the geometrical large deformation analysis of galloping of the iced conductor in an overhead transmission line is developed. In numerical simulation, a three-node isoparametric cable element with three translational and one torsional degrees-of-freedom at each node is used to discretize the transmission line. The nonlinear dynamic system equation is solved with the Newmark time integration method and the Newton-Raphson nonlinear iteration. Numerical examples demonstrate the efficiency of the presented method and the developed finite element program. A new possible galloping mode, which may reflect the saturation phenomenon of a nonlinear dynamic system, is discovered under the condition that the lowest order of vertical natural frequency of the transmission line is approximately two times of the horizontal one.     

EIGENVALUE PROBLEM OF A LARGE SCALE INDEFINITE GYROSCOPIC DYNAMIC SYSTEM

Gyroscopic dynamic system can be introduced to Hamiltonian system.Based on an adjoint symplectic subspace iteration method of Hamiltonian gyroscopic system, an adjoint symplectic subspace iteration method of indefinite Hamiltonian function gy- roscopic system was proposed to solve the eigenvalue problem of indefinite Hamiltonian function gyroscopic system.The character that the eigenvalues of Hamiltonian gyroscopic system are only pure imaginary or zero was used.The eigenvalues that Hamiltonian function is negative can be separated so that the eigenvalue problem of positive definite Hamiltonian function system was presented,and an adjoint symplectic subspace iteration method of positive definite Hamiltonian function system was used to solve the separated eigenvalue problem.Therefore,the eigenvalue problem of indefinite Hamiltonian function gyroscopic system was solved,and two numerical examples were given to demonstrate that the eigensolutions converge exactly.     

Developments of numerical methods for linear and nonlinear fluid-solid interaction dynamics with applications

本文综述了线性与非线性流固耦合问题数值方法的进展及工程应用. 讨论了四种数值分析方法: (1) 混合有限元-子结构-子区域数值模型, 以求解有限域线性流固耦合问题, 如流体晃动, 声腔-结构耦合, 流体中的压力波, 化工容器的地震响应,坝水耦合等; (2) 混合有限元-边界元数值模型, 以求解涉及无限域的线性流固耦合问题, 如大型浮体承受飞机降落冲击, 船舰的炮击回应等; (3) 混合有限元-有限差分(体积) 数值模型, 以求解不涉及破浪和两相分离的非线性流固耦合问题; (4) 混合有限元-光滑粒子数值模型, 以求解涉及破浪和两相分离的非线性流固耦合问题. 文中推荐分区迭代求解过程, 以便应用现有的固体及流体求解器, 于毎一时间步长分别求解固体及流体的方程, 通过耦合迭代收敛, 向前推进以达问题求解. 文中选用的工程应用例子包含气-液-壳三相耦合, 液化天然气船水晃动, 人体步行冲击引起的声腔-建筑结构耦合, 大型浮体承受飞机降落冲击的瞬态动力回应, 涉及破浪和两相分离的气-翼耦合及结构于水上降落的冲击. 数值分析结果与可用的实验或计算结果作了比较, 以说明所述方法的精度及工程应用价值. 文中列出了基于流固耦合的波能采积装置模型, 以应用线性系统的共振及非线性系统的周期解原理, 有效地采积波能. 本文列出了231 篇参考文献, 以便读者进一步研讨所感兴趣方法.     

考虑动静摩擦影响的可接触型裂纹动态响应的隐式算法

提出一种考虑裂纹面摩擦影响的可接触型裂纹动力反应的时域隐式计算方法。这一方法不但可以较好地描述裂纹面间的碰撞过程及反映动接触时裂纹面间动、静摩擦力的影响，而且使动接触问题分析中的系统矩阵成为对称型式，在弹塑性有限元迭代过程中，无需增加额外的迭代即可求得较好的结果。数值结果表明本文方法具有良好的稳定性和较高的精度。     

跨音速翼型反设计的一种大范围收敛方法

求解跨音速翼型的反设计问题时，传统的梯度型方法一般均为局部收敛. 为增大求解的收敛范围，依据同伦方法的思想，通过构造不动点同伦，将原问题的求解 转化为其同伦函数的求解，并依据拟Sigmoid函数调整同伦参数以提高计算效率，进而构造 出一种具有较高计算效率的大范围收敛反设计方法. 数值算例以RAE2822翼型的表面压力分 布为拟合目标，分别采用B样条方法, PARSEC方法及正交形函数方法等3种不同的 参数化方法，并分别以NACA0012, OAF139及VR15翼型为初始翼型进行迭代计 算. 计算结果证明，该方法适用于多种参数化方法，且具有较好的计算效率，从多 个不同的初始翼型出发，经较少次数迭代后， 均能与目标翼型很好地拟合，是一种高效的大范围收敛方法.     

Three-Dimensional Dynamic Contact Problem for an Elliptic Crack Interacting with a Normally Incident Harmonic Compression–Expansion Wave

The paper deals with the three-dimensional dynamic problem for an elliptic crack interacting with a normally incident harmonic compression–expansion wave, considering the contact interaction of the crack faces. An asymmetric solution is obtained using an iteration algorithm developed earlier. Numerical results are presented     

Hahn-Tsai复合材料的非线性杂交应力有限元方法

成功建立了Hahn-Tsai复合材料模型的非线性杂交应力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法求解结构的非线性位移方程。在迭代过程中,为了提高计算效率可采用简单迭代法由节点位移求解单元应力场。但是,当载荷增加到一定程度以后,非线性应力场由于循环迭代而无法收敛,显然,一般的加速方法不能解决这种循环迭代的发散问题。因此,本文发展了一种确实有效的非线性应力场迭代新方法,在不增加计算工作量的情况下,不仅极大地提高了收敛速度,而且对于较大载荷也能够很好地收敛,从而解决了大载荷下非线性杂交元方法失败的关键问题。数值算例表明该方法是确实可行的。     

Impact of a finite elastic-viscoplastic bar

A method for predicting the response of strain-rate sensitive structures under dynamic loading is developed. It is based on a finite difference method, the incremental theory of plasticity, and an elastic work-hardening viscoplastic material idealization. The strain-rate effect, loading and unloading conditions, and wave interactions are automatically accounted for, and adjusted if necessary, as the deformation proceeds. No iteration is required even if the field equations are nonlinear (e.g. non-linear constitutive equations, large deformation, or complicated geometry). We solve as an example the small deflection of a finite bar with a concentrated tip mass. The accuracy is comparable to that obtained by the well-known method of characteristics, a powerful tool for solving elastic-viscoplastic wave problems but which is restricted to small deflections and simple geometry. Because of the form of the constitutive relation selected (elastic work-hardening visco-plastic), several important new features of the dynamics response are brought out. These features are not revealed when simpler, computationally-convenient constitutive relations, such as rigid ideal-viscoplastic, rigid work-hardening viscoplastic and elastic ideal-viscoplastic are used.     

基于分区径向基函数配点法的大变形分析

无网格法因为不需要划分网格, 可以避免网格畸变问题,使得其广泛应用于大变形和一些复杂问题. 径向基函数配点法是一种典型的强形式无网格法,这种方法具有完全不需要任何网格、求解过程简单、精度高、收敛性好以及易于扩展到高维空间等优点,但是由于其采用全域的形函数, 在求解高梯度问题时 存在精度较低和无法很好地反应局部特性的缺点. 针对这个问题,本文引入分区径向基函数配点法来求解局部存在高梯度的大变形问题. 基于完全拉格朗日格式,采用牛顿迭代法建立了分区径向基函数配点法在大变形分析中的增量求解模式.这种方法将求解域根据其几何特点划分成若干个子域, 在子域内构建径向基函数插值, 在界面上施加所有的界面连续条件,构建分块稀疏矩阵统一求解. 该方法仍然保持超收敛性, 且将原来的满阵转化成了稀疏矩阵, 降低了存储空间,提高了计算效率. 相比较于传统的径向基函数配点法和有限元法, 这种方法能够更好地反应局部特性和求解高梯度问题.数值分析表明该方法能够有效求解局部存在高梯度的大变形问题.      

考虑风-结构-土耦合作用时高层建筑顺风向风振响应分析

本文综合考虑了风-结构-土的耦合作用对高层建筑顺风向风振响应的影响，研究了在各种参数下高层建筑风振响应的特性。由于在风-结构-土耦合作用问题的整个体系的控制方程中，既有时域中的耦合关系，又有频域中的耦合关系，本文提出采用傅立叶变换-时频迭代法来进行求解，较好地解决了用普通的方法难以解决的问题。最后采用数值计算的方法比较了考虑风-结构-土的耦合作用和仅考虑土-结构相互作用以及刚性基础的结构位移响应及加速度响应。     

Coupled vibrations of a partially fluid-filled cylindrical container with an internal body including the effect of free surface waves

Internal bodies (baffles) are used as damping devices to suppress the fluid sloshing motion in fluid-structure interaction systems. An analytical method is developed in the present article to investigate the effects of a rigid internal body on bulging and sloshing frequencies and modes of a cylindrical container partially filled with a fluid. The internal body is a thin-walled and open-ended cylindrical shell that is coaxially and partially submerged inside the container. The interaction between the fluid and the structure is taken into account to calculate the sloshing and bulging frequencies and modes of the coupled system using the Rayleigh quotient, Ritz expansion and Galerkin method. It is shown that the present formulation is an appropriate and new approach to tackle the problem with good accuracy. The effects of fluid level, number of nodal diameters, internal body radius and submergence ratio on the dynamic characteristics of the coupled system are also investigated.     

初值约束与两点边值约束轨道动力学方程的快速数值计算方法

轨道动力学快速计算是航天工程中的基础问题,广泛存在于轨道设计、空间抓捕以及深空探测等任务中.基于有限差分原理的经典数值积分算法,由于精度严重依赖小积分步长,难以满足航天器在轨快速计算需求.针对该问题,提出一种局部配点反馈迭代算法,该算法能高效解算受到初值约束和两点边值约束的轨道动力学方程.基于Picard迭代公式建立数...     

大型非比例阻尼线性系统的地震反应复振型分析方法

对于大型非比例阻尼线性系统,当采用基于复振型的振型叠加方法进行动力反应分析时,按照通用算法(例如雅克比法)求解结构全部振型向量的计算工作量很大,甚至是不现实的.本文将经典阻尼系统中行之有效的Lanczos法和子空同迭代法加以推广和改进,给出了一组可对原来的方程进行自由度缩减的实向量基,然后与Foss变换相结合,得到一组实用的复向量基,使之适用于求解复杂非比例阻尼线性系统的任意低阶复振型和相应的复特征值,适用于任意扰力作用下的动力反应分析.理论推导和实例计算表明,本文所给出的复向量基概念清晰,计算效率高,能够适应对具有非比例阻尼特性的大型复杂结构进行动力分析的实际需要,其中包括地震作用下的时程分析和反应谱振型叠加分析.     

TYPHOON,SOLITON AND HELICAL STRUCTURE-AN APPROACH TO COMBINE DIFFERENT DISCPLINES

台风和孤立子都是小尺度不稳定流动受扰动的激励,吸收基本流场的能量而形成的. 当它们各自所受的耗散、弥散、平流或对流作用分别达到平衡时,其运动形态在一段较长时间内保持稳定. 通过研究螺旋结构,考察它们在局域能量维持方面相似的动力学特性. 通过理论分析和大型地球流体模拟转盘的双台风实验、以及拟开展的数值实验,将探索和检验“能否将台风看作是大尺度三维螺旋孤立子”,这既是研究台风和孤立子的形成机制及其动力学特性的一种新的思路,也是将二者融合起来研究的方法论的一种新途径.     

Non-linear analysis of structures using two-point method

Non-linear algebraic equations must be solved by an iterative method, the non-linear equations being linearized by evaluating the non-linear terms with the known solution from the preceding iteration. The Newton-Raphson method, which is based on the Taylor series expansion and uses the tangent stiffness matrix, has been extensively used to solve non-linear problems. In this paper, a new Newton-Raphson algorithm is developed for analyses involving non-linear behavior. Our method, here named as a two-point method, is constructed as a predictor-corrector one, most frequently taking Newton's method in the first iteration. It should be noted that our concern in this research ignores the problem of passing limit points. The presented method incorporates the known information at each stage of the loading process to determine the subsequent unknown variables. Compared with the classic Newton-Raphson algorithm, it offers a strategy that can be deployed to reduce both the number of the iterations and the computing time involved in non-linear analysis of structures.     

非线性复合材料杂交应力有限元的有效迭代方法

推导了面内剪应力应变关系非线性的复合材料的杂交应力有限元列式,给出了位移迭代和应力迭代的策略和步骤．提出一种非线性应力场迭代格式的改进方案,不仅提高了收敛速度,而且克服了大载荷下简单迭代法循环迭代而无法收敛的关键问题,使得所提出的非线性杂交应力元方法几乎对任意大载荷都能够收敛．数值算例表明该方法是确实可行的．