同伦分析方法进展综述

本文简述同伦分析方法基本思想、最新理论进展及其在流体力学、固体力学、一般力学、量子力学、应用数学、金融等科学和工程领域的应用.同伦分析方法不依赖物理小参数, 适用范围更广,而且提供了一种简单的途径确保级数解收敛, 适用于强非线性问题.同伦分析方法已被成功应用于求解一些具有挑战性的力学问题,并获得一些全新的、 从未见报道的解. 这些成功的应用,证明了同伦分析方法的普遍有效性和原创性.      

A brief review of the homotopy analysis method

本文简述同伦分析方法基本思想、最新理论进展及其在流体力学、固体力学、一般力学、量子力学、应用数学、金融等科学和工程领域的应用.同伦分析方法不依赖物理小参数, 适用范围更广,而且提供了一种简单的途径确保级数解收敛, 适用于强非线性问题.同伦分析方法已被成功应用于求解一些具有挑战性的力学问题,并获得一些全新的、 从未见报道的解. 这些成功的应用,证明了同伦分析方法的普遍有效性和原创性.     

超越摄动:同伦分析方法基本思想及其应用

介绍一种新的、求解强非线性问题解析近似的一般方法------同伦分析方法.该方法从根本上克服了摄动理论对小参数的过分依赖, 其有效性与所研究的非线性问题是否含有小参数无关, 因此,适用范围广.此外, 不同于所有其他解析近似方法,同伦分析方法提供了一个简单的途径, 确保所得到的级数解收敛, 从而获得足够精确的解析近似.而且, 不同于所有其他解析近似方法, 同伦分析方法(HAM)提供了选取基函数之自由, 从而可以选择较好的基函数, 更有效地逼近问题的解.同伦分析方法为非线性问题的解析近似求解提供了一个全新的思路, 为非线性问题(特别是不含小参数的强非线性问题)的求解开辟了一个全新的途径.简要描述同伦分析方法的基本思想, 其在非线性力学、物理、化学、生物、金融、工程和计算数学等领域的应用举例, 以及与摄动方法、Lyapunov 人工小参数法、$\delta$展开法、Adomian 分解法、同伦摄动方法之区别和联系.      

同伦分析方法：一种不依赖于小参数的非线性分析方法

本文进一步一般化了作者所提出的一种新的非线性分析方法，称为“同伦分析方法”。“同伦分析方法”的最大优点，在于其不依赖小参数，从而可求解更多的非线性问题，甚至包括那些不含小参数的问题。本文给出了几个应用实例，以说明“同伦分析方法”的有效性及巨大的潜力。     

多自由度非线性系统的同伦分析方法

大部分工程实际问题可以用多自由度非线性系统来描述,这些系统的数学模型是许多个耦合的两阶常微分方程.一般地,要精确求解这些方程非常困难,因此可以考虑它们的解析近似解.同伦分析方法是解非线性系统响应的有用工具,本文将它应用于多自由度非线性系统的求解中.利用求两自由度耦合van del Pol振子周期解的实例,展示了同伦分析方法的有效性和巨大潜力.同时,把得到的解析近似解与系统的Runge-Kutta数值解作了比较,结果表明同伦分析方法是求解多自由度非线性系统的有效方法.     

应用同伦分析法研究Mathieu-Duffing振子的周期解

应用同伦分析法研究了Mathieu-Duffing振子的周期解,展示了Mathieu-Duffing振子的周期1和周期2解的求解过程,通过求解构造的非线性代数方程组而获得周期解,应用Floquet理论判别了周期解的稳定性。比较了同伦分析方法得到的周期解和数值方法得到的周期解,结果表明两者具有一致性。     

用同伦方法反演非饱和土中溶质迁移参数

非饱和土中溶质迁移参数反演问题可以归结为非线性算子方程的求解问题. 将同伦方法 引入该问题的求解，通过构造线性同伦将原问题转化为求解同伦函数最小值的无约束优化问 题. 同时在分析了同伦参数正则化效应的基础上，提出一种两段同伦参数修正方法. 即在求 解的初始阶段，根据拟Sigmoid函数调整同伦参数，以追踪同伦路径，保证计算稳定地进行； 在迭代的后期，采用与残差相关的同伦参数修正方法，以抵抗观测噪声对求解的影响. 数值 算例为求解带有平衡及非平衡吸附效应的一维非饱和土中溶质迁移模型参数反演问题，计算 结果表明了该方法的大范围收敛性及较强的抵抗观测噪声的能力.     

力学教学中引入区间分析方法之探讨

 介绍了力学研究对象中客观存在的区间参数, 以学生毕业论文为例说明了在力学教学中引入区间分析方法的必要性. 以结构静力学分析、杆件强度和刚度校核为例, 讨论了区间分析方法的具体应用, 教学实践表明在力学教学中引入区间分析方法不仅必要而且能够让学生更容易融入工程实际问题的分析中.     

具有多个极限环非线性动力系统的解析近似

应用一种新的解析方法------同伦分析法，研究了一种具有多个 极限环的Rayleigh振子问题. 与所有其他传统方法不同，该方法不依赖于小参数， 且提供了一个简便的途径以确保级数解的收敛, 因此，特别适用于强非线性问题. 将同伦分析法与平均法以及四阶的龙格库塔方法(数值解)做了比较. 结果 表明，平均法在强非线性情况失效, 四阶的龙格库塔法不能找到非稳定的极限环，而同伦分析法不仅适用于强非线性情 况，而且给出了非稳定的极限环.     

农业工程中力学问题研讨会纪要

<正> 为了促进力学和农业生产实践相结合,中国力学学会和中国农业工程学会于1991年12月17日至19日在北京农业工程大学联合组织召开了“农业工程中力学问题研讨会”.来自全国各地的约40位代表参加了研讨会,交流、介绍和探讨了农业工程中的各种力学问题.中国力学学会副理事长薛明伦主持了17日上午的开幕式.中国力学学会王仁理事长、余寿文副理事     

上随体流体驻点附近滑移流动的同伦解析解

从理论上研究了上随体Maxwell流体在滑移流区的动量传输问题.通过一系列相似变换把控制方程组转化为常微分方程组,利用同伦分析法首次求得了问题的近似解析解. 获得的同伦解析解与文献中的数值解吻合较好. 利用同伦解分析讨论了滑移参数、磁场强度、速度比例参数、吸入喷住参数和流体黏弹性参数对流动的影响.      

不稳定伸展表面上的薄液膜流动分析

探讨了不稳定伸展表面上的薄液膜流动问题.利用相似变换将边界层流动控制方程转化为常微分方程边值问题.利用同伦分析方法获得解析解,讨论不稳定参数对液膜流动的影响,得到一般性规律.将部分级数解与前人的数值解进行比较,结果具有较高的一致性.该方法还可以用于其他科学工程问题.     

悬索主共振响应的多尺度解与同伦分析解

利用哈密顿变分原理,引入拟静态假设,建立了悬索面内非线性运动方程,并采用Galerkin方法对其进行离散。接着运用多尺度法和同伦分析法得到了悬索前两阶模态主共振响应的近似解。为验证这两种分析方法的适用性,同时采用龙格-库塔法对方程直接进行了数值积分。数值计算结果表明,随着悬索垂跨比以及振幅的增加,由多尺度法与同伦分析法得到的幅频响应曲线存在明显的定性与定量的差别,而同伦分析法结果与数值法的结果更加接近。最后比较了两种分析方法得到的位移场与索力时程响应曲线。     

混凝土静态力学性能的细观力学方法述评

混凝土力学特性是大坝、海洋平台等工程结构抗震设计及仿真分析的前提条件之一,也是目前研究的薄弱环节. 混凝土是一种典型的非均质材料,其宏观力学特性由细观组成来决定.本文总结了目前研究混凝土宏观力学特性的细观力学分析方法,细观有限元法及理论分析法; 阐述了界面过渡区(ITZ)对混凝土性能的影响,简单介绍了混凝土界面过渡区问题的研究现状;介绍了作者提出的混凝土宏观力学性能研究的细观单元等效化分析方法.最后对其未来发展的一些方向和有待进一步研究的问题作了总结.      

我国工程中边界元法研究的十年

边界元法的研究在我国开始于一九七八年,十年来取得了很大进展.这篇综述包括七个研究领域:(1)固体力学,(2)动力学问题,(3)流体流动、热传导及其他场问题,(4)流体结构相互作用问题的一些工程分析方法,(5)边界元-有限元耦合法,(6)工程中边界元法的一些数学和数值方法问题,(7)一些工程应用.作者简要地介绍了清华研究小组的工作,并力图给出我国有关工程研究十年发展的一个概貌....     

无单元法研究和应用现状及动态

无单元法(也称无网格方法)是一种新兴的数值计算方法,它是有限元等传统数值分析方法的重要补充和发展,极大地简化了前处理工作与裂纹扩展等问题的计算分析.近年来,无单元法得到了迅速发展,受到了国际计算力学界的高度重视.简要介绍了国内、外无单元法的发展动态和应用现状,评述了无单元法的最新研究成果,归结出无单元法的一些优点及目前尚有待解决的一些问题.最后指出了无单元法在工程应用中将有着广阔的发展前景.      

弹性与断裂力学复变方法研究进展——纪念弹性与断裂力学复变函数法提出100周年

1909年,俄国数学力学家哥洛索夫首先将复变函数方法应用于二维弹性力学问题,揭开了弹性力学复变方法研究的序幕.100年来,复变方法在求解弹性与断裂力学问题中取得了很大发展,特别在断裂力学中的应用尤为成功.2009年恰逢弹性力学复变方法提出100周年,该文试图总结100年来复变方法在经典断裂力学、复合材料断裂力学、新型材料断裂力学以及三维空间断裂问题中的发展与应用,以作纪念.     

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.     

基于参数展开的同伦分析技术及其应用

提出了一种基于参数展开的新的同伦分析技术(PE-HAM)：结合参数展 开技术和同伦理论将一非线性动力系统(不要求系统内含有小参数)的求解问题转化为一组 线性微分方程的求解问题，并将之运用到强非线性振动领域. 用该方法研究了强非线性 Duffing系统的响应问题，得到了一阶近似解. 作为特例讨论了保守Duffing系统和受谐和 激励的耗散Duffing系统的稳态响应问题. 数值模拟的结果，说明了新方法的有效性.     

建立在同伦基础之上的一种非线性分析方法

本文描述了一种新的，不依赖于小参数的非线性分析方法，并分析，比较了该方法与摄动展开方法的优缺点，本文所述方法建立在拓扑的同伦理论之上。彻底抛弃了摄动方法的小参数假设，从而可以求解更强的非线性问题，特别是那些不含小参数的非线性问题。