一种求解复波数域波动弥散方程的通用数值方法

波动弥散方程的求解是分析弹性波或声波问题时的一种比较常见的过程,求解所得的曲线即为弥散曲线。其方程形式一般是关于波数与频率的一个二元超越方程,当波数为复数时,方程实际为三元超越方程。这类方程没有解析解,由于方程的变量和参数涉及复数域,一般的数值求解方法也难以处理。本文提出了一种基于模值收敛性的数值方法,求解一般波动弥散方程复波数域内的解。首先论述了本方法的理论依据,然后介绍了其求解步骤,最后将本方法应用于求解复波数域波动弥散方程的具体算例。通过对比可以发现:本方法广泛有效地解决了复波数域内波动弥散曲线的求解问题,适用于不同形式波动弥散方程的求解。     

功能梯度圆柱板中的周向衰逝导波

与传播波模态不同,衰逝波模态波数为纯虚数或复数,它们随传播距离呈指数或阻尼式衰减。复数根描述的衰逝波对结构缺陷形状和尺寸的导波检测具有重要作用,但其求解却是非常困难的,通常要借助于各种迭代技术。本文提出一种计算求解衰逝波问题的改进的Legendre正交多项式方法,该方法可将复杂的变系数微分方程组计算转换为特征值求解问题,无需迭代便能计算得到包含实波数域、虚波数域和复波数域的完整的频散曲线。通过具体算例验证了提出方法的正确性。应用提出方法计算了不同梯度圆柱板中的衰逝导波,绘制了三维频散曲线,研究了不同径厚比和梯度场对衰逝导波频散的影响,分析了衰逝导波的位移和应力分布,讨论了衰逝导波的传播特性。     

Blasius方程的数值解

本文将H.B.Keller提出的三点边界条件的普遍解法,用于Blasius方程的具体解法上,应用Runge-Kutta法结合牛顿迭代法求解三点边界条件下的解。     

移动荷载作用下饱和土地基中的波动特性分析

基于Biot波动方程,经过Fourier变换和逆Fourier变换后可获得波数-频率域以及时间-空间域的解析解。通过数值分析的手段研究了移动荷载作用下饱和多孔弹性地基中波的传播特性。重点就弥散曲线、多谱勒效应、波的成分和动力响应频率等几个特性进行了分析,发现饱和土地基由于比弹性地基多了一项流体介质,波动特性明显差异于弹性介质。     

梯度介质半空间Rayleigh面波传播性能研究

对剪切弹性模量沿深度以指数函数变化的非均质半空间，本文用摄动法得到了Rayleigh面波的波函数解答及相速度方程。以不同金属与陶瓷复合而成的几种梯度材料为例，用数值方法求解了相速度方程，给出了相应的波的弥散曲线，结果表明，梯度介质半空间自由表面附近的Rayleigh波通常有两种不同的弥散形式，即正常弥散和非正常弥散。     

HIGH-ORDER DISCONTINUOUS GALERKIN SOLUTION OF N-S EQUATIONS ON HYBRID MESH

针对层流NS方程发展了混合网格上的高阶间断有限元方法,给出了物面边界高阶近似的具体步骤以及近物面弯曲单元的处理方法。对数值离散产生的非线性方程组采用牛顿迭代进行求解,每个牛顿循环采用预处理广义最小余量法求解产生的大型稀疏线性系统。使用该方法得到了典型算例的数值结果,并跟前人的计算结果进行了比较。计算结果表明,混合网格上应用高阶间断有限元方法求解黏性流动具有很好的应用前景。     

注塑成型三维流动的数值模拟

建立了非等温、粘性、不可压缩、非牛顿流体流动的控制方程。为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文通过修改Galerkin方法的变分方程,导出了关于压力场的拟Poisson方程,用迭代法独立地求解连续性方程、动量方程,并进行速度一粘度迭代求出最终的压力场、速度场。由于直接使用Galerkin方法求解能量方程容易引起温度场的振荡,本文采用隐式格式及“上风”法离散能量方程,用超松驰迭代法求解温度场的代数方程组。比较了模拟结果与等温管道流动的解析解及法兰的实际注射结果,算例表明本文方法可以预测注射成型流动过程中的一些重要特征。与传统Galerkin方法相比,本文方法可以减少内存,提高数值方法的稳定性。     

一种求解大型结构动力响应的快速计算方法

针对大型工程结构动力响应求解效率较低的问题,提出了一种基于减基法的快速求解方法。该方法对动力学方程进行时间域积分构建减基空间,利用Galerkin映射向减基空间进行投影得到减缩方程,利用减缩方程快速求得原系统的逼近解,从而大大提高了动力学方程的求解效率。该方法还考虑了Galerkin映射下的奇异性计算,文中算例验证了该...     

流体力学问题的三次样条配置法

本文给出了三次样条配置法在流体力学问题数值解中的应用以及在这一领域的新进展。给出了流体力学方程中主要的样条函数关系和解算步骤。所有情形都是便于反演的三对角形矩阵。简要评述了SADI方法和样条方法在每一坐标方向的分步计算方法、截断误差和稳定性。给出了处理混合边界条件的一般公式。最后简要讨论了样条近似引起的数值弥散和耗散。      

应用变域变分有限元法解平面叶栅反命题

反命题作为一种可变(未知)边界问题近年来得到了广泛的研究。本文给出了亚声速平面叶栅反命题计算的势函数变域变分有限元解法。变域变分通过把可变边界结合在变分泛函中，使其与求解流场的控制方程结合起来，从而使可变边界求解和流场分析可以完全耦合进行。本文针对亚声速平面叶栅的反命题，根据泛函的驻值必要条件，介绍了变域变分有限元方法的求解过程，最后给出了两个数值算例。这两个算例均采用四节点矩形单元的插值基函数，第一个算例用于检验程序的可靠性，第二个算例设计了一个给定叶面马赫数分布的叶型，并与试验结果进行对照。     

轴对称压电圆板的非线性动力响应

基于Von Karman板理论和压电材料力学,考虑横向剪切变形,建立了轴对称压电圆板的非线性运动方程,提出了相应的力学与电学边界条件.求解时,首先应用Galerkin方法,将非线性偏微分运动方程转化为仅含时间变量的非线性常微分方程.然后,应用Newmark-β方法将时间函数离散,整个问题应用Newtoni迭代法求解.算例中,求得了压电圆板线性振动基频,验证了方程和求解方法的可靠性,讨论了压电效应、几何非线性、结构尺寸、力学和电学荷载等因素对板非线性动力响应的影响.     

无量纲混相驱对流-弥散方程的数值求解

给出了混相驱对流-弥散方程的无量纲形式；采用高阶精度差分格式对其进行数值求解并应用于几个具体算例中。本文数值结果和算例给出的结果对比，充分验证了本文数值模型的可靠性和准确性。该数值模型可以用来研究诸如土壤或地下水污染物输运以及空气污染等领域里的传质问题．     

有限元病态刚度方程的解法研究

本文在文献１，２的基础上，对有限元了点位移构成准刚体运动这种情况进行了研究，提出了一种新的改性转换矩阵Ｑ，并给出了两种简单易行的计算Ｑ＾Ｔ Ａ Ｑ的方法。所提方法对直接法和迭代法求解有限元病态方程都是适用的，算例表明，得到了较好的计算结果。     

悬链线竖向集中力作用下的构形分析和张力计算

目前,悬链线在竖向集中力和均布荷载共同作用下的构形分析和受力计算的理论仍不完善。针对这一问题,通过引入悬链线的几何约束方程、力平衡方程和超越方程,建立了竖向集中力与均布荷载共同作用下的非线性方程组。采用牛顿迭代法求解方程组,得到了悬链线的构形和受力情况。为了验证理论计算的正确性,进行了算例和试验验证。结果表明,算例的计算结果与文献结论保持一致,试验测得的构形和水平张力大小与理论计算的构形和水平张力大小吻合较好。本文的理论计算可以更加简单精确地计算出悬链线在竖向集中力和均布荷载共同作用下的构形和受力情况,为实际工程提供重要的理论指导。     

有理宏单元法求解泊松方程

基于有理超限插值,提出了一种在求解域边界布点的全域求解数值方法——有理宏单元法。推导出了三角形及四边形单元的有理混合函数,划分单元各边的节点并选定各边上的插值函数,建立了三角形及四边形母单元的形函数。利用等参变换,将求解域影射到相应的母单元上,得到了求解泊松方程边值问题的有理宏单元方程组。通过将求解域划分为一个或多个宏单元,有理宏单元法可对任意形状的二维区域求解。作有理宏单元法解泊松方程边值问题的算例,验证了本文方法的有效性。     

长型浮置板轨道隔振系统理论分析(Ⅰ)——弥散曲线及临界速度

浮置板轨道结构是近年来减振降噪效果最好的轨道结构形式.将整个轨道结构看作一个隔振黑匣子,钢轨与浮置板分别用欧拉梁来模拟,推导动力方程,用傅氏变换将其转换到频率-波数域中,求得系统的弥散方程,并给出轨道结构临界速度计算方法.定义了反映浮置板轨道结构参数的质量比例ξ_(m)、刚度比例ξ_(h)及阻尼比例ξ_(c)等三个系数.在给定实际中板上结构物理参数的条件下,深入讨论了三个比例系数对于系统弥散曲线以及临界速度的影响,进而为浮置板轨道共振频率及临界速度的初步设计提供建议.     

长型浮置板轨道隔振系统理论分析(I)——弥散曲线及临界速度

浮置板轨道结构是近年来减振降噪效果最好的轨道结构形式.将整个轨道结构看作一个隔振黑匣子,钢轨与浮置板分别用欧拉梁来模拟,推导动力方程,用傅氏变换将其转换到频率-波数域中,求得系统的弥散方程,并给出轨道结构临界速度计算方法.定义了反映浮置板轨道结构参数的质量比例ξ_(m)、刚度比例ξ_(h)及阻尼比例ξ_(c)等三个系数.在给定实际中板上结构物理参数的条件下,深入讨论了三个比例系数对于系统弥散曲线以及临界速度的影响,进而为浮置板轨道共振频率及临界速度的初步设计提供建议.     

非比例阻尼线性体系平稳随机地震响应计算的虚拟激励法

应用复振型分解方法,将非比例阻尼线性体系在地震作用下的动力方程求解问题转化为若干个广义复振子的求解与叠加问题。通过假定地震地面运动为一零均值的平稳随机激励,应用虚拟激励法原理,推导得到了广义复振子动力坐标的解析计算公式,进而得到了以复振型为基础的非比例阻尼线性体系随机地震响应计算的一般实数解析解答。算例证实了这种方法的可靠性及高效率。     

有限元病态刚度方程的解法研究

本文在文献〔１〕、〔２〕的基础上，对有限元局部节点位移构成准刚体运动这种情况进行了研究，提出了一种新的改性转换矩阵〔Ｑ〕，并给出了两种简单易行的计算〔Ｑ〕￣Ｔ〔Ａ〕〔Ｑ〕的方法。所提方法对直接法和迭代法求解有限元病态方程都是适用的，算例表明，得到了较好的计算结果。     

正交数值网格的生成及平面二维流场的数值模拟

提出了一种边界正交曲线网格的生成方法。在内域,求解拉普拉斯方程组生成二维正交曲线网格;在计算域边界,提出了正交曲线网格边界正交化处理的分段拉格朗日插值边界滑动法,并对控制方程N-S方程进行曲线坐标变换,使用SIMPLEC算法求解曲线坐标下的k-ε双方程湍流模型。文中以长江重庆九龙坡弯道河段正态模型为资料进行验证,计算了流场,数值模拟结果与实测结果吻合较好。