海底管道铺设的力学分析

海底管道铺设是近海工程建设中的重要环节．由于铺管问题的控制方程具有较强的非线性，加之边界可动，所以问题的求解比较困难．本文采用奇异摄动法较好地解决了这一问题，并与有限元解作了比较．     

基于PID方法的可倾瓦推力轴承分析

使用PID方法控制可倾瓦推力轴承流场求解中轴瓦倾角和支点膜厚的迭代,实现了力和力矩平衡同步收敛.以光滑及粗糙表面下可倾瓦推力轴承流场求解为例,对比PID方法和传统方法,PID法编程便捷,计算效率高,同时能够反映可倾瓦推理轴承的刚度特性.考虑表面粗糙度时,PID法能够求解传统方法不收敛的问题.     

矩阵分块加速迭代法

本文提出一种求解结构静力和动力问题的迭代方法,它将刚度矩阵和质量矩阵分为若干块,然后分块求解,再将得到的解在子空间中进行“综合”,求得原方程的近似解,经迭代收敛于精确解.这一方法所需内存少、收敛快。为小型、微型机求解大型结构提供了实用的方法。     

面内变刚度薄板弯曲问题的挠度?弯矩耦合神经网络方法

发展了一种求解面内变刚度功能梯度薄板弯曲问题的神经网络方法. 面内变刚度薄板弯曲问题的偏微分控制方程为一复杂的4阶偏微分方程, 传统的基于强形式的神经网络解法在求解该偏微分方程时可能会遇到难以收敛、边界条件难以处理的情况. 本文基于Kirchhoff薄板弯曲理论, 提出了一种直角坐标系下任意面内变刚度薄板弯曲问题的神经网络解法. 神经网络模型包含挠度网络与弯矩网络, 分别用于预测薄板的挠度与弯矩, 从而将求解4阶偏微分方程转换为求解一系列二阶偏微分方程组, 通过对挠度、弯矩试函数的构造可使得神经网络计算结果严格满足边界条件. 在误差的反向传播中, 根据本文提出的误差函数公式计算训练误差并结合Adam优化算法更新模型的内部参数. 求解了不同边界条件、形状的面内变刚度薄板弯曲问题, 并将所得计算结果与理论解、有限元解进行对比. 研究表明, 本文模型对于求解面内变刚度薄板弯曲问题具备适应性, 虽然模型中的弯矩网络收敛较挠度网络要慢, 但本文方法在试函数的构造上更为简单、适应性更强.      

改进《DFP》变尺度法及其在结构优化中的应用

本文对《DFP》法的问题进行了分析并提出一种改进方法.用改进后的《DFP》方法求解无约束优化问题,不仅计算数值稳定,而且能提高收敛速度.     

多层复合壳体三维振动分析的谱——微分求积混合法

对于较厚的多层复合壳体,其振动位移沿厚度方向呈锯齿形变化且层间剪切和拉、压应力呈三维耦合状态,采用传统的等效单层理论分析已不能满足精度要求. 建立不受结构厚度、铺层材料性质和铺层方式限制的三维分析方法具有重要的研究价值. 本文以独立铺层为建模对象,结合广义谱方法与微分求积技术建立了一种适用一般边界条件和铺层方式的多层复合壳体三维分析新方法——谱--微分求积混合法. 该方法应用三维弹性理论对独立铺层进行精确建模,有效克服了二维简化理论对横向变形以及层间应力估计不确切的缺点;引入微分求积技术对铺层进行数值离散,将三维偏微分问题转化为二维偏微分问题,降低了求解维度和难度;应用广义谱方法近似地表述离散计算面上的场变量,将获取的二维偏微分方程转化为以场变量谱展开系数为未知量的线性代数方程组,避免了对超越方程的求解. 数值验证结果表明该方法收敛性好,计算精度高.      

等温弹流润滑问题的Newton-Raphson迭代解

本文使用Newton-Raphson迭代法求解了等温EHL线接触问题.为了使求解能迅速收敛,本文采用了变松驰收敛因子和合适的初始值,同时,使用文献中的影响系数法来计算弹性变形.本文的计算结果具有二次压力尖峰和出口处油膜颈缩等典型EHL解特征,且最大Hertz压力达到了1.3GPa,这在国内尚属少见.     

多层复合壳体三维振动分析的谱-微分求积混合法

对于较厚的多层复合壳体,其振动位移沿厚度方向呈锯齿形变化且层间剪切和拉、压应力呈三维耦合状态,采用传统的等效单层理论分析已不能满足精度要求.建立不受结构厚度、铺层材料性质和铺层方式限制的三维分析方法具有重要的研究价值.本文以独立铺层为建模对象,结合广义谱方法与微分求积技术建立了一种适用一般边界条件和铺层方式的多层复合壳体三维分析新方法——谱-微分求积混合法.该方法应用三维弹性理论对独立铺层进行精确建模,有效克服了二维简化理论对横向变形以及层间应力估计不确切的缺点;引入微分求积技术对铺层进行数值离散,将三维偏微分问题转化为二维偏微分问题,降低了求解维度和难度;应用广义谱方法近似地表述离散计算面上的场变量,将获取的二维偏微分方程转化为以场变量谱展开系数为未知量的线性代数方程组,避免了对超越方程的求解.数值验证结果表明该方法收敛性好,计算精度高.     

预条件GMRES(m)法迭代求解大规模边界元弹性问题

提出了一种基于单元节点的块雅可比预条件方法,扩大了边界元法的计算规模,使之可用于大规模工程问题的求解.数值实验说明了这种预条件技术的有效性,表明预条件GMRES(m)算法具有较好的收敛特性,适合于求解大规模问题边界元弹性问题所形成的稠密非对称线性方程组.     

等效线性化——模态综合迭代法

本文提出一个求解具有非线性元件的转子系统次谐波响应的方法.分析和实例计算结果表明:此方法可得到近似度较高的近似解,收敛速度快,而接通常地在模态综合法中,仅考虑代数对接条件,得到的近似解近似度较低.     

等截面梁有限变形的传递函数解法

本文应用传递函数方法对等截面梁的有限变形进行了分析,对于等截面梁的有限变形问题,该方法从变分方程出发把问题表述为状态空间的形式,然后利用Gauss积分对轴力进行加速迭代求解,不需要进行增量迭代即可取得具有良好计算精度的数值结果,对简单受力的等截面梁情况该解可以看作是所讨论问题的精确解。对于受力比较复杂或者阶梯变截面梁情况,为减少运算量,可以和有限元法类似,采用多个单元进行拼接,从而得到问题的解。数值算例表明,本方法具有半解析、精度高、收敛快等特点。     

三维粘弹性层状半空间埋置集中荷载动力格林函数求解—修正刚度矩阵法

针对三维粘弹性层状半空间埋置集中荷载作用下动力响应问题，在柱面坐标下，结合径向Hankel积分变换，提出了一种新的求解方法—修正刚度矩阵法。方法基于位势函数理论，将三维问题分解为平面内反应(P-SV波型)和平面外反应（SH波型）两个二维问题的叠加；借鉴结构力学中超静定结构的位移法原理，首先固定荷载所在层的上下界面，通过对波动方程的特解和齐次解叠加得到“固端”反力。进而放松两“固端约束”，利用直接刚度法求得各层面位移，荷载作用层内反应另需叠加上该“固定层”内解，并将特解部分积分（直达波）由全空间解析解代替，解决了当接收点和源点作用水平面接近时的积分收敛问题。算例分析表明，对于低频（可退化为静力状态）和高频问题，本文方法均具有很高的计算效率和精度。     

Molecular models and flow calculations: II. Simulation of steady planar flow

A multibead-rod model is used to replace the constitutive equation of continuum mechanics in solving flow problems of steady-state planar flows of rigid-rodlike molecular suspensions. The governing equations then constitute a set of differential equations of the elliptic type, which is more amenable to numerical treatment than those of the mixed type. The conservation equations of the flow fields are solved by the boundary element method with linear boundary elements in physical space and the diffusion equation of the distribution function is solved separately by the Galerkin method in phase space. The solution to the flow problem is obtained when the convergence of the iteration procedure between the two spaces has been reached. Several numerical examples are shown and the interesting features of the present method are discussed in this paper. The project supported by the National Nature Science Fundation of China.     

漂浮基空间机械臂关节轨迹跟踪的增广鲁棒控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制的漂浮基空间机械臂系统的控制问题。基于增广变量法,解决了空间机械臂系统的控制方程关于系统惯性参数的非线性化问题;保持了控制方程关于系统惯性参数的线性关系。在此基础上,针对系统载荷参数不确定的情况下,提出了关节空间轨迹追踪 的增广鲁棒控制方法,并应用Lyapunov直接方法证明了 提到的控制方案能使系统满足渐近稳定性条件。通过仿真运算,证实了方法的有效性。     

A boundary element method for calculating elastic waves scattered by axisymmetric inclusion

A Boundary Element Method (BEM) is described to compute the scattering of elastic waves by an axisymmetric inclusion in an infinite elastic medium. The boundary loads applied to the inclusion is expanded in terms of Fourier series in an infinite space. The boundary integral equation is solved in the general direction of the axisymmetric inclusion by BEM. The problem of the 3-D scattering of elastic waves is reduced to a 1-Done. According to the geometric features of the axisymmetric in clusion the ring shell elements are adopted in this method. A comparison is made with other BEM methods. The numerical results show this method can reduce the amount of calculation and enhance the speed of convergence. Supported by Foundation of Ph. D Program of State Education Commission of China     

Fast finite difference solution for steady-state Navier-Stokes equations using the BID method

A first biharmonic boundary value problem is obtained by combining the coupled steady-state Navier-Stokes equations in their stream-function-vorticity formulation. This biharmonic boundary value problem is solved by a fast biharmonic solver developed by the authors wherein the idea of preconditioned conjugate gradient method is used. The biharmonic driver (BID) method using this solver has been found fast converging, and produces accurate results up to moderately large Reynolds numbers. Also, the mesh size does not affect the convergence rate.     

AN APPLICATION OF THE CBS SCHEME IN THE FLUID-MEMBRANE INTERACTION

提出了一种不可压缩流体与弹性薄膜耦合问题的特征线分裂有限元解法. 首先, 给出了流场和结构的控制方程. 然后, 对流场、结构以及流固耦合的具体求解过程进行了描述. 其中, 流场求解采用改进特征线分裂方法和双时间步方法相结合的隐式求解方式, 并利用艾特肯加速法对每个时间步的迭代收敛过程进行了加速处理;结构部分的空间离散和时间积分分别采用伽辽金有限元方法和广义方法, 并通过牛顿迭代法对所得非线性代数方程组进行了求解;流场网格的更新采用弹簧近似法;流场、结构两求解模块之间采用松耦合方式.最后, 采用该方法对具有弹性底面的方腔顶盖驱动流问题进行了求解, 验证了算法的准确性和稳定性.此外, 计算结果表明艾特肯加速法可以显著地提高双时间步方法迭代求解过程的收敛速度.     

一种基于极小化极大接触压力的交界面修形新方法

针对轴承和齿轮等零部件接触压力分布不均问题,提出了一种极小化极大接触压力的弹性交界面修形新方法,仅需要一次结构分析就可以实现理想的修形结果。基于弹性接触理论与有限元法,推导建立了接触节点修形量与接触压力之间的数学方程;以极小化各接触节点的最大接触压力为目标,建立了计算修形量的极小极大模型;并利用最优化方法将其转化为线性规划问题,有效提高了求解的全局收敛性和计算效率。通过两个弹性接触修形实例,验证了新方法对一般弹性接触修形问题的适用性和高效性。     

Mixed boundary value problem of elasticity for a quarter space

We consider the static elasticity problem for a quarter space with zero displacements on one of its surfaces and with given stresses on the other. The method for solving this problem is based on the use of newunknown functions in the formof a linear combination of the desired displacements, which reduces the system of three Lamé equations to two equations to be solved simultaneously and one equation to be solved separately. The exact solution of this problem was obtained earlier by the same method [1]. But it was shown in [2] that such a solution is exact only under certain restrictions on the given functions. In the present paper, the solution of this problem is constructed without restrictions on the given functions, which necessitates solving a one-dimensional integro-differential equation; this can be done approximately by the orthogonal polynomial method. We present numerical results obtained on the basis of our solution.     

A probabilistic method for field solutions in two-phase flows

Solid-particle motion and related transport phenomena in two-phase flow are fluctuating processes in space and time. A deterministic method can describe only partially the intrinsic physics of these processes. In this paper, the fluctuations of the flow parameters are modelled by considering the spatial correlations, and a probabilistic computational method for two-phase flow is presented. The probabilistic governing equations have been discretized in space using a finite volume method, and then solved by applying the Neumann expansion method. This last method is time efficient, and its convergence can be guaranteed even for large fluctuations. A liquid-solid particle mixture flow in a circular pipe is taken as an example. Computational results illustrate the merit of the probabilistic approach for the prediction of two-phase flow phenomena.