基于吸收边界条件的有限元方法和离散切比雪夫展开的二维缺陷识别

结合考虑了吸收边界条件的有限元正演方法，通过离散切比雪夫多项式在特定离散点的展开逼近待识别函数，实现了无限区域内二维缺陷的识别。正问题计算中引入的吸收边界条件虽然不能严格地模拟无限域对近场波动的影响，但能够以满足实际需要的精度模拟这一影响，且具有解耦特性，极大地简化了数值计算，在反演计算中，离散点取在切比雪夫多项式的零点处，使逼近时最大偏差最小，数值算例表明此方法的有效性。     

结构可靠性分析的多项式数值逼近法

提出了工程结构可靠性分析的多项式数值逼近法。它是以多项式{1,x,…,x^n}为基，利用功能函数高阶矩，通过计算功能函数的最佳逼近概率密度函数，然后用工程结构可靠性分析的一般式来计算结构失效概率的可靠性分析新方法。通过理论分布曲线的数值检验和结构构件失效概率的计算，表明工程结构可靠性分析的最佳平方逼近法在理论上的正确性和工程上的实用性。     

岩体结构面倾向参数概率分布函数改进的Bayes推断方法

三峡船闸是世界上最大的船闸。该地区断层及节理比较发育,且具有一定的随机统计性,它对岩体力学性质起重要的控制作用。为了研究节理倾向的概率分布特征,本文引入以Bayes 最小熵优度比较检验为基础的概率分布的改进Bayes 统计推断方法,基于三峡工程永久船闸节理岩体3373 条结构面的实测参数,就对岩体力学性质起控制作用的各组结构面的倾向参数的概率分布进行了研究。文章最后还讨论了推断的最优分布参数,估计了结构面参数的检验误差范围。     

基于多项式混沌方法对C-J爆轰参数不确定度的分析

Chapman-Jougeut理论是预测波后爆轰物理量状态的有力工具，但以往的研究未考虑模型中的不确定因素及其影响。事实上，不确定度会影响数值模拟的预测能力和可靠性。首先，通过剖析爆轰机理，深入挖掘爆轰建模与模拟中的不确定因素。假设PBX-9502的初始密度和爆速服从对数正态分布，结合真实的试验数据，通过参数估计和Anderson-Darling假设检验法标定初始密度和爆速的概率密度函数。Beta分布用以定量刻画没有物理意义的、唯象参数的不确定度，形状参数和支集源于工程经验。Rosenblatt变换将相关的、非Gauss随机变量转化成相互独立的标准正态分布。然后，使用非嵌入多项式混沌研究高维爆轰不确定度传播。具体而言，针对一元多项式混沌，正交多项式通过Gauss-Hilbert空间中的Gram-Schmidt方法导出，六点Gauss求积方法用以计算多项式混沌的系数。使用权重和Gauss求积点的全张量积计算多元多项式混沌。最后，通过多元多项式混沌得到感兴趣量的概率密度函数以及对应的期望、标准差和置信区间等Gauss统计量。研究结果表明：波后压力波动较大，置信区间较宽，与孙承纬的“爆轰压力...     

带功能梯度材料的压电底层中周期裂纹对SH波的散射

本文研究了压电材料底层中周期裂纹对SH波的散射,通过渗透边界条件和界面上连续边界条件,将问题转化为一组带Hilbter核的奇异积分方程。利用利用切比雪夫多项式逼近方法求解Hilbter核的奇异积分方程,给出了标准动应力强度因子和电位移强度因子的表达式。最后通过数值算例说明了几何参数、物性参数,入射波频率和振幅等对强度因子的影响.     

岩石力学参数概率分布的随机—模糊估计方法

1 前言过去人们一直用频率法确定岩石力学参数的概率分布进而确定岩石力学参数的概率模型.然而,经典概率论中的频率法只适用于随机变量的大样本问题,而岩石力学参数是同时包含有随机不确定性和模糊不确定性的随机-模糊变量,岩石力学参数样本是典型     

用切比雪夫多项式研究短梁的弯曲计算

考虑剪切效应,利用切比雪夫多项式构造严格满足表面切应力边界条件的轴向位移表达式,建立了短梁弯曲问题的新理论．利用奇异函数把作用在短梁上的复杂外载荷表示为分布载荷,推导出了短梁弯曲时的截面正应力公式及挠曲线表达式．把采用切比雪夫多项式推导出短梁的弯曲计算公式计算结果与弹性理论计算结果进行比较,可知该方法的计算精度较高．研究结果表明：在复杂外载荷作用下,当长高比小于等于6时,剪切变形对梁的弯曲挠度影响较大,而当长高比小于3时,剪切变形对梁的弯曲应力影响较大;因此建议采用切比雪夫多项式方法给出的挠度表达式、弯曲应力进行计算,因为切比雪夫多项式方法不但给出了复杂外载荷作用下梁截面挠度、弯曲应力的计算通式,而且该方法具有计算过程简便、精度高的优点．     

基于Chebyshev展开的区间穿孔板超材料分析

目前对于声学超材料的传输特性分析和优化大多是基于确定的数值和确定的模型,然而在实际工程和结构设计中存在大量材料自身特性和几何物理参数的不确定性.如果忽略这些不确定变量对声学超材料传输特性分析和优化过程的影响,得到的结果可能不正确.针对这一现状,拟将切比雪夫区间模型引入多层穿孔板超材料,提出多层穿孔板超材料声学透射率的区间切比雪夫展开-蒙特卡洛模拟法(interval Chebyshev expansionMonte Carlo simulation method,ICE-MCSM).该方法采用截断切比雪夫多项式近似拟合多层穿孔板超材料的声学透射率响应曲线,构造声学透射率响应曲线的切比雪夫代理模型;然后采用蒙特卡洛模拟法(Monte Carlo simulation method,MCSM)随机生成一定数量的不确定区间变量的样本数据点,并将生成的不确定区间变量样本数据点代入切比雪夫代理模型,预测单个不确定区间变量和多个不确定区间变量条件下的多层穿孔板超材料声学透射率区间的上界和下界.数值分析结果表明,ICE-MCSM预测的声学透射率变化区间的上界和下界与直接蒙特卡洛法(direct Monte Carlo simulation method,DMCSM)预测的声学透射率上界和下界的结果非常接近.与DMCSM相比,ICE-MCSM具有更高的计算效率.因此,ICE-MCSM可有效且高效地分析不确定区间变量条件下多层穿孔板超材料声学透射率传输特性,具有良好的工程应用前景.     

圆筒试验JWL状态方程参数的贝叶斯标定

在研究数值模拟的输入参数引入的不确定性时,通常需要人为给定每个输入参数的概率分布,且输入参数概率分布的选择可能会对分析结果产生直接影响。利用贝叶斯方法标定了圆筒试验JWL状态方程参数,得到了标定参数的估计值和后验分布,并研究了不同统计模型假设对标定参数的估计值和后验分布的影响。贝叶斯后验分布融合了基准试验的试验数据的信息,因此将其作为不确定度量化分析时输入参数的初始概率分布,可以尽量减少分布选择引入的认知不确定性。     

基于信号分解和切比雪夫多项式的多体系统区间不确定性分析方法

参数的不确定性会对多体系统动力学响应产生显著影响, 区间分析方法只需根据不确定性参数的边界信息, 便可实现在多体系统动力学分析中考虑参数的不确定性. 考虑区间参数不确定性, 采用切比雪夫区间方法(Chebyshev interval method, CIM)在分析多体系统动力学响应时, 随着时间的增大, 响应边界精度会越来越低. 为解决CIM的这一问题, 本文将信号分解技术与切比雪夫多项式结合, 采用切比雪夫多项式分别对HHT变换(Hilbert-Huang transform, HHT)和局域均值分解(local mean decomposition, LMD)得到的瞬时幅值和瞬时相位近似, 提出CIM-HHT方法和CIM-LMD方法, 以获得含区间参数的长周期动力学响应边界. HHT和LMD分解能够将多体系统的多分量响应分解为多个单分量和一个趋势分量(残余分量)之和, CIM-HHT和CIM-LMD对每个分量的瞬时幅值和瞬时相位、和趋势分量采用切比雪夫多项式近似, 进而建立系统响应的耦合模型, 可以得到系统的动力学响应边界. 最后, 考虑单摆和曲柄滑块机构中的参数不确定性, 验证了CIM-HHT和CIM-LMD方法的有效性. 结果表明, 相比CIM, 在长周期区间动力学响应分析中CIM-HHT和CIM-LMD能够获得较准确的结果. 此外, 相比CIM-HHT, CIM-LMD具有更弱的末端效应, 计算精度更高.      

类橡胶材料变形直到破坏的显式本构模型

本文通过直接、显式的方法提出一个多轴可压缩应变能弹性势来模拟类橡胶材料受载荷直到软化破坏的变形行为．首先，我们提出一个多轴可压缩应变能函数；其次，通过特定的不变量，该多轴应变能函数在单轴拉伸，平面应变和等双轴拉伸三个基准实验的情况下，可以退化为各自的单轴形函数形式；再次，我们显式给出带有软化破坏特性的形函数；最后，模型结果和试验数据可以精确匹配，同时可以预测材料临近破坏以后，接下来的变形行为．     

A new method for particle manipulation by combination of dielectrophoresis and field-modulated electroosmotic vortex

A field-modulated electroosmotic flow (FMEOF) in a microchannel can be obtained by applying modulating electric fields in a direction perpendicular to the channel wall. Micro-vortexes are generated around the electrodes along with an EOF due to the surface charge on the modulated wall. When polarizable particles are suspended near the electrodes, they experience dielectrophoretic forces due to a non-uniform electric field. In this paper, micro-vortexes and dielectrophoretic forces are combined to achieve separation and trap different sized particles in a continuous flow. Numerical results indicate that by adjusting the driving electric field parallel to the channel wall and the modulating electric field, the ratio of dielectrophoretic and hydrodynamic forces can be altered. One type of particles can be trapped by micro-vortexes (negative dielectrophoresis (DEP)), and the other particles are transported to the downstream so that the particles are separated. The influence of the electrode length and the channel height on the trapping rate is investigated.     

Forced response of quadratic nonlinear oscillator: comparison of various approaches

The primary resonances of a quadratic nonlinear system under weak and strong external excitations are investigated with the emphasis on the comparison of different analytical approximate approaches. The forced vibration of snap-through mechanism is treated as a quadratic nonlinear oscillator. The Lindstedt-Poincaré method, the multiple-scale method, the averaging method, and the harmonic balance method are used to determine the amplitude-frequency response relationships of the steady-state responses. It is demonstrated that the zeroth-order harmonic components should be accounted in the application of the harmonic balance method. The analytical approximations are compared with the numerical integrations in terms of the frequency response curves and the phase portraits. Supported by the numerical results, the harmonic balance method predicts that the quadratic nonlinearity bends the frequency response curves to the left. If the excitation amplitude is a second-order small quantity of the bookkeeping parameter, the steady-state responses predicted by the second-order approximation of the LindstedtPoincaré method and the multiple-scale method agree qualitatively with the numerical results. It is demonstrated that the quadratic nonlinear system implies softening type nonlinearity for any quadratic nonlinear coefficients.     

基于树脂层强度预测分层萌生载荷

 轴向拉伸下的层合板在自由边缘附近存在奇异应力场，容易产生分层萌生进而导致结构破坏．而大多数基于材料力学方法的分层萌生研究对强度参数的确定有较强的主观性，缺乏合理解释．本文通过在层间插入一定厚度的树脂层，将分层萌生视为层间树脂层在三维应力状态下的强度破坏，根据有明确试验标准的树脂强度和Mohr 判据判断是否发生分层萌生．采用Pipes-Pagano 的均匀轴向拉伸模型计算应力场，对层间应力与树脂层面外应力进行了对比．取临界长度为4 个单层板厚度对T800/914 层合板的分层萌生进行了预测，结果表明预测值与实验值吻合良好．     

Existence and uniqueness of global strong solutions of two models in atmospheric dynamics

In this paper, the author proves by the methods of energy estimates the existence and uniqueness of global strong solutions of barotropic nondivergent model and baroclinic quasi-geostrophic quasi-nondivergent model. The two models are fundamental ones in atmospheric dynamics. The results here generalize the outcome given by the author in [3]–[5] and verify a conjecture posed by Zeng Qing-cun in [1].     

Numerical stability analysis of numerical methods for volterra integral equations with delay argument

The present paper deals with the stability properties of numerical methods for Volterra integral equations with delay argument. We assess the numerical stability of numerical methods with respect to the following test equations (0.1a) $$y\left( t \right) = \psi \left( 0 \right) + \int_0^t {\left( {py\left( s \right) + q\left( {s - \tau } \right)} \right)ds (0 \leqslant t \leqslant X)}$$ (0.1b) $$y\left( t \right) = \psi \left( t \right) \left( {t \in [ - \tau ,0)} \right)$$ where τ is a positive constant, and P and q are complex valued. We investigate the stability properties of reducible quadrature methods and θ-methods in the case of the above test equations     

Flux vector splitting solutions for coupling hydraulic transient of gas-liquid-solid three-phase flow in pipelines

The gas-liquid-solid three-phase mixed flow is the most general in multiphase mixed transportation. It is significant to exactly solve the coupling hydraulic transient problems of this type of multiphase mixed flow in pipelines. Presently, the method of characteristics is widely used to solve classical hydraulic transient problems. However, when it is used to solve coupling hydraulic transient problems, excessive interpolation errors may be introduced into the results due to unavoidable multiwave interpolated calculations. To deal with the problem, a finite difference scheme based on the Steger-Warming flux vector splitting is proposed. A flux vector splitting scheme is established for the coupling hydraulic transient model of gas-liquid-solid three-phase mixed flow in the pipelines. The flux subvectors are then discretized by the Lax-Wendroff central difference scheme and the Warming-Beam upwind difference scheme with second-order precision in both time and space. Under the Rankine-Hugoniot conditions and the corresponding boundary conditions, an effective solution to those points located at the boundaries is developed, which can avoid the problem beyond the calculation region directly induced by the second-order discrete technique. Numerical and experimental verifications indicate that the proposed scheme has several desirable advantages including high calculation precision, excellent shock wave capture capability without false numerical oscillation, low sensitivity to the Courant number, and good stability.     

单足机器人周期跳跃控制的虚拟约束方法

 研究单足机器人周期跳跃控制问题．弹簧支撑倒立摆模型可以比较准确地描述动物的跳跃行为，但无控制的自然跳跃抗干扰能力较差，一般采用轨迹跟踪控制方法实现单足机器人周期跳跃．当系统存在比较大的误差时，传统的时间轨迹跟踪控制方法存在明显的不足．引入虚拟约束技术，采用基于空间路径跟踪的控制方法可以克服时间轨迹跟踪的不足．采用点足机器人模型，并通过控制腿伸缩的方式为系统提供动力，将跳跃过程分为地面摆动和腾空飞行两个阶段，并通过起飞和着陆两个事件完成两个阶段之间的转换，整个系统模型属于欠驱动非光滑动力学系统．根据简化的动力学方程获得系统的虚拟约束解析表达式，并采用部分反馈线性化方法结合PD 控制设计系统的控制律．分析了系统的混合零动力学方程，并证明了闭环系统的临界稳定性．仿真结果表明，提出的控制方法可以实现单足机器人的周期跳跃控制，并且对外部干扰具有较强的鲁棒性．     

The compressive properties of long bones

In this study, compressive tests of the bones along the axial direction have been carried out on some wet specimens of the right femur and humerus, from which there have been obtained the elastic modulus of femur E=9.98×10⁹N/mM² and.’that of humerus E=11.37×10⁹N/m² Also comparisons and discussions have been made with reference to the available data reported abroad and at home.As indicated in this paper, bone tissues obviously possess viscoelastic properties. Their hysteresis loops are shown in Fig. 3 far and (b) and some mechanical phenomena observed during the test are illustrated elsewhere.     

LSCF材料氧化还原过程的力化学耦合瞬态三维模拟

 镧锶钴铁氧体(LSCF)具有良好的化学催化性能和导电性能，未来有望被应用于能源工程领域．在周围环境氧气浓度变化时，LSCF 会通过化学反应与周围环境交换氧．这一过程往往会引起化学应力并可能危害设备安全．本文对LSCF 棒在氧化还原循环过程中的反应-扩散过程进行了力化学耦合建模．表面处的化学反应动力学考虑了浓度、应力和温度的影响．通过有限元方法分别求解出三种给定的不同表面化学反应速率下棒伸长量和棒端部附近第一主应力的瞬态解．