多尺度有限差分方法求解波动方程

小波分析是多尺度分析方法，本文利用具有紧支集的正交小波变换对有限差分方程进行空间多尺度近似，提出适合于层状介质波传问题数值计算的多尺度有限差分方法，将波动方程的求解转换到小波域中进行。利用小波基的自适应性与消失矩特性，有效减少了计算量、提高了稳定性，扩大了可求解的速度范围。地球物理勘探中的数值实例显示了算法具有良好效率。     

基于小波多分辨滤波特性的结构损伤识别

小波分析作为一个很好的损伤识别工具,可以看作是传统傅立叶变换的扩展,小波变换采取了可调整的时频窗口,因此小波变换的优势是它具有了“可变焦”性能对局部信号进行多尺度的刻画。小波基的伸缩和平移系列,使小波变换可看作是一组带通滤波器。本文全面分析了小波变换多尺度带通滤波器特性以及在结构在线损伤识别中的应用。结构损伤的出现体现在结构物理参数的改变,相对应的动力响应信号将会产生局部时变特性。利用小波分析的多尺度带通滤波器在不同尺度下对结构振动信号作滤波分析。通过观察不同带宽内振动信号的时频变化来判断结构损伤的存在。     

一维算子自定义小波有限元的构造方法研究

针对工程结构中的共性问题,即算子,提出了工程结构的算子自定义小波有限元构造方法及自适应解耦计算方法。在建立了多分辨有限元空间的基础上,根据工程结构问题中的算子,即小波函数与尺度函数之间的内积关系式,提出了基于稳定完备法的算子自定义小波单元构造方法;提出自适应算子自定义小波有限元法,该方法的优点是在保持初始尺度分析结果的基础上,向局域添加所有大于局部误差阈值的算子自定义小波基,实现工程结构问题的高效分析。数值算例表明：算子自定义小波有限元法所推导的多尺度刚阵解耦比率为89.65%,自适应算子自定义小波有限元法的计算量最大降低比率为49.23%,适合工程结构问题的高效多尺度计算。     

运用小波分析处理结构优化问题

结构优化设计中,常遇到具有奇异的结构优化问题,利用小波分析在奇异性检测中的优越性,将其引入到结构优化计算中。文中分别讨论了小波分析处理低维和高维结构优化问题,并给出相应的算法及计算步骤。最后,给出较为典型的算例。通过算例表明,小波分析方法可解决具有奇异性的结构优化问题,尤其是某些较为特殊的结构优化问题。     

基于三角小波的弹性薄板高精度分析方法

采用同时具有三角函数良好逼近特性和小波多分辨率与局部特性的Hermite插值型三角小波,基于二维张量积三角小波,推导了求解各种不同边界条件下的矩形弹性薄板的弯曲、振动和屈曲问题的统一列式,同时给出了两种提高计算精度的方法一升阶法和多分辨率法。数值算例表明,三角小波法求解弹性薄板的弯曲、振动和屈曲问题时,能方便地处理各类边界条件,计算效果良好;自振特性分析更具优势,升阶法和多分辨率法能有效地提高分析精度。     

基于振动测试与小波包分析的结构损伤预警

将结构振动测试技术与小波包分析相结合，提出对振动激励信号与响应信号分别 进行小波包分解并在此基础上计算结构的小波包脉冲响应函数及其小波包能量谱，用以表征 结构动力系统的损伤状态. 通过一钢筋混凝土板静力承载力的振动试验分析，计算该板在不 同受力阶段的小波包脉冲响应函数及其小波包能量谱，在此基础上对板不同受力阶段的损伤 状态进行了判别. 该方法克服了结构动力响应的小波包能量谱不能反映结构损伤状态的缺 点，试验表明所采用的方法是可行的.     

小波基方法在波传问题中的应用

基于多尺度分析理论，引入哈密顿体系和插值小波变换，分别构造了适合于求解复杂域波传问题的快速自适应方法——多尺度辛格式和插值小波配点格式，利用小波基的局部性与消失矩等特性改善计算效率，并将插值小波应用到波动方程的多尺度反演问题中。讨论了其优缺点并提出几点展望。     

基于离散小波变换的岩石SHPB测试信号去噪

运用离散小波阈值去噪原理对SHPB测试信号进行了处理,针对SHPB测试信号持时短、突变快等特性,并根据各小波基对信号的重构均方根误差,选择Symlets小波系中的小波基Sym5为适合SHPB测试信号小波分析的最佳小波基,并运用无偏估计程序SURE确定了各分解层的阈值。比较了小波阈值去噪与动态应变仪中常规低通滤波器去噪的信噪比和均方根误差,研究结果表明,相对于常规低通滤波器的去噪处理,离散小波变换不仅有良好的去噪效果,而且能得到更精确的重构信号,可以取代动态应变仪中的低通滤波器对SHPB测试信号进行去噪处理。     

复杂气固两相系统的微观结构

流化床中的气固两相流动是一个高度复杂的非线性混沌系统。本文利用激光粒子动态分析仪（ＰＤＡ）得到的循环流化床中颗粒脉动速度信号,采用ＦＦＴ分析了脉动信号的宽频谱特征,在此基础上应用小波法分析了脉动信号的动态特征,得到了颗粒脉动速度的微观结构,指出颗粒脉动速度的非线性特性是流化床具有混沌特性的根源,且在不同的尺度上颗粒脉动速度表现出各向异性的特征。     

算子自定义小波弹性板单元构造及自适应分析

提出一类用于分析弹性板问题的算子自定义小波弹性板单元构造方法。该方法的优点在于根据工程问题的求解需要灵活构造具有解耦特性的算子自定义小波基,使得系统多尺度刚阵具有沿对角线的强稀疏性,从而实现了该算法在每个尺度上独立、快速求解,系统方程的求解效率得到较大提高。建立多分辨Lagrange有限元空间和多尺度计算理论,提出基于稳定完备法的算子自定义小波弹性板单元构造方法及解耦条件。依据两尺度相对误差估计,提出自适应算子自定义小波有限元算法。数值算例证明,算子自定义小波弹性板单元具有求解精度与计算效率高等特点。     

一种算子自定义小波薄板单元及应用

提出了基于提升方案的自适应算子自定义小波有限元法,构造了一种新的算子自定义小波薄板单元。建立二维Hermite型有限元多分辨空间和两尺度关系,并由广义变分原理推导薄板结构关于尺度函数和小波函数的内积关系式,即算子。为满足算子正交性,提出基于提升方案的算子自定义小波单元的构造方法,其优点在于可根据问题的需要来设计具有期望特性的小波基。提出基于两尺度误差的自适应算子自定义小波有限元方法,通过向大于误差阈值的局域添加算子自定义小波,实现薄板结构问题的高效求解。算子自定义小波有限元法节省了重新划分网格或提高插值函数的阶次所带来的大量有限元前处理时间,并且实现薄板问题的高效解耦运算。     

Based on wavelet analysis to optimal control of motion planning of space manipulator

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｌｙ ,ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｐｅｏｐｌｅｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｎｏｎｈｏｌｏｎｏｍｉｃｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ[1～4].Ｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓａｔｙｐｉｃａｌｍｕｌｔｉｂｏｄｙｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｏｕｔｒｏｏｔ.Ｗｈｅｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｏｐｅｒａｔｅｄ ,ａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｖｅｈｉｃｌｅｉｓｓｗｉｔｃｈｅｄｏｆｆ,ｒｅｌａｔｉｖｅｍｏｔ…     

4th-order spline wavelets on a bounded interval

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓｈａｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄａｎｅｎｏｒｍｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ.Ｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｉｅｌｄｓｉｓｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓ.Ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆａｄｏｐｔｉｎｇｗａｖｅｌｅｔｓｈａｓｂｅｅｎｒｅｐｏｒｔｅｄ[1～ 4].Ｃｌａｓｓｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｅｓｔｏｗａｖｅｌｅｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅａｌｗｉｔｈｍｕｌｔｉｒｅｓｏ…     

Crack detection of structure for plane problem with spatial wavelets

In this paper, the structure damage detection with spatial wavelets is approached. First, a plane stress problem, a rectangular plate containing a short crack under a distributed loading on the edge, is investigated. The displacement response data along the parallel and perpendicular lines at different positions from the crack are analyzed with the Haar wavelet. The peak in the spatial variations of the wavelets indicates the direction of the crack. In addition, a transverse crack in a cantilever beam is also investigated in the same ways. For these problems, the different crack positions are also simulated to testify the effectiveness of the technique. All the above numerical simulations are processed by the finite element analysis code, ABACUS. The results show that the spatial wavelet is a powerful tool for damage detection, and this new technique sees wide application fields with proad prospects. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

基于小波-Galerkin方法的结构随机动力响应功率谱的确定

在最近发展的周期广义谐和小波PGHW(Periodic Generalized Harmonic Wavelet)的基础上,通过小波-Galerkin方法推导得到了线性单自由度结构的随机动力响应功率谱密度。在此过程中,利用PGHW的解析形式及其在频域内的特殊性:(1)推导得出了PGHW的联系系数(Connection Coefficient)的解析形式;(2)基于PGHW及其联系系数,利用小波-Galerkin方法推导得到了线性单自由度系统在确定性激励下的响应;(3)得到了在具有演变功率谱的随机动力激励下单自由度线性振子的随机响应功率谱解答。数值算例表明,无论是确定性响应解答,还是随机动力响应的功率谱密度,小波-Galerkin法的计算结果均能较好地吻合数值解。     

Characteristic time scales of velocity and pressure events

Numerical and wind tunnel simulations of full-scale wind loads on structures are usually performed at a lower Reynolds number and different turbulence parameters. One way to assess the validity of such simulations is through matching magnitudes, duration and/or spectral characteristics of simulated pressure peaks with full-scale data. Because wavelet analysis provides a time/frequency decomposition, it has been proposed as an analysis tool for the intermittent and transient pressure peaks. This work aims at answering the question as to whether different wavelets yield the same-scale decomposition of pressure peaks and velocity events and could, thus, be used as a tool for the analysis of extreme loads on structures. The results show that, by isolating the peaks or events with a modified Gaussian window prior to applying the wavelet transform, the dependence of the measured time scale on different wavelet functions is reduced. The time scales of the pressure peak and the velocity event are estimated to be about the same indicating that one contributing factor, at the peak scale, to the pressure peak lies in the variation of the incoming flow at the same scale.     

一维区间B样条小波单元的构造研究

基于区间B样条小波及小波有限元理论,提出了一种区间B样条小波有限元方法。传统有限元多项式插值被一维区间B样条小波尺度函数取代,进而构造形状函数和单元。与小波Galer-kin方法不同,本文构造的区间B样条小波单元通过转换矩阵将无明确物理意义的小波插值系数转换到物理空间。转换矩阵在小波单元构造过程中起到关键作用,为了保证求解的稳定性,转换矩阵必须非奇异。构造了以区间B样条尺度函数为插值函数的一系列一维区间B样条小波单元。数值算例表明,本文构造的区间B样条小波单元与传统有限元方法相比,在求解变截面,变载荷等问题时具有收敛快和精度高等优势;有效地丰富了小波有限元法单元库。     

Numerical simulation of vortex evolution based on adaptive wavelet method

The application of the wavelet method to vortex motion prediction is investigated. First, the wavelet method is used to solve two initial boundary problems so as to verify its abilities of controlling numerical errors and capturing local structures. Then, the adaptive wavelet method is used to simulate the vortex emerging process. The results show that the wavelet method can control numerical errors easily, can capture local structures adaptively, and can predict the vortex fluctuation evolution. Therefore, the application of the wavelet method to turbulence is suggested.     

薄板小波有限元理论及其应用

利用样条小波尺度函数构造了常用的三角形和矩形薄板单元的位移函数,得到了利用小波函数表示的形函数。采用合理的局部坐标,对单元进行压缩,使单元在局部坐标区间上有其值,成功地推导出了分域的三角形和矩形薄板小波有限元列式。在此基础上,提出了弹性地基薄板的小波有限元求解方法。通过两个算例对薄板的挠度和弯矩进行了计算,数值结果表明,求解结果具有收敛快、精度高的特点。     

用子波分析能量最大准则修正检测壁湍流猝发的mu-level法

将壁湍流脉动速度信号子波分析技术引入壁湍流相干结构猝发检测的研究,基于子波分析能量最大准则确定相干结构猝发的时间尺度,对能量最大时间尺度的子波系数进行子波逆变换,获得能量最大时间尺度的脉动速度信号。根据其自相关函数的波长确定相干结构的平均猝发周期;根据能量最大时间尺度的子波系数的正极大值和负极小值检测壁湍流喷射和扫掠事件,获得壁湍流相干结构喷射和扫掠事件的相位平均波形。该方法可以不需要确定门限值,有效排除了小尺度脉动的干扰。