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.     

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.     

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.     

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.     

On time independent Schr?dinger equations in quantum mechanics by the homotopy analysis method

A general analytic approach, namely the homotopy analysis method(HAM), is applied to solve the time independent Schr?dinger equations. Unlike perturbation method, the HAM-based approach does not depend on any small physical parameters, corresponding to small disturbances.Especially, it provides a convenient way to gain the convergent series solution of quantum mechanics. This study illustrates the advantages of this HAM-based approach over the traditional perturbative approach, and its general validity for the Schr?dinger equations. Note that perturbation methods are widely used in quantum mechanics, but perturbation results are hardly convergent. This study suggests that the HAM might provide us a new, powerful alternative to gain convergent series solution for some complicated problems in quantum mechanics, including many-body problems, which can be directly compared with the experiment data to improve the accuracy of the experimental findings and/or physical theories.     

Nonlinear oscillations with parametric excitation solved by homotopy analysis method

An analytical technique, namely the homotopy analysis method （HAM）, is used to solve problems of nonlinear oscillations with parametric excitation. Unlike perturbation methods, HAM is not dependent on any small physical parameters at all, and thus valid for both weakly and strongly nonlinear problems. In addition, HAM is different from all other analytic techniques in providing a simple way to adjust and control convergence region of the series solution by means of an auxiliary parameter h. In the present paper, a periodic analytic approximations for nonlinear oscillations with parametric excitation are obtained by using HAM, and the results are validated by numerical simulations.     

Homotopy analysis method: A new analytic method for nonlinear problems

I.IntroductionAlthoughtherapiddevelopmentofdigitalcomputersmakesiteasierandeasiertonumericallysolvenolllinearproblems,itisstillratherditliculttogivethed'analyticapproximations.Currently,mostofour11onlinearanalytictechlliquesill'cunsatislllctory.Forinstance,althoughpel.turbatiolltechlliquesarewidelyappliedtoalZalyzcnolllillcarproblcllisillscienceandengineerillg,theyarehoweversostronglydependentonsmall13arall,etersappearedinequatiollsunderconsiderationthattheyarerestrictedonlytoweLlklynolllinea…     

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。     

Primary resonance of multiple degree-of-freedom dynamic systems with strong non-linearity using the homotopy analysis method

A homotopy analysis method（HAM）is presented for the primary resonance of multiple degree-of-freedom systems with strong non-linearity excited by harmonic forces.The validity of the HAM is independent of the existence of small parameters in the considered equation.The HAM provides a simple way to adjust and control the convergence region of the series solution by means of an auxiliary parameter.Two examples are presented to show that the HAM solutions agree well with the results of the modified Linstedt-Poincar＇e method and the incremental harmonic balance method.     

基于精细积分技术的非线性动力学方程的同伦摄动法

将精细积分技术（PIM）和同伦摄动方法（HPM）相结合,给出了一种求解非线性动力学方程的新的渐近数值方法。采用精细积分法求解非线性问题时,需要将非线性项对时间参数按Taylor级数展开,在展开项少时,计算精度对时间步长敏感;随着展开项的增加,计算格式会变得越来越复杂。采用同伦摄动法,则具有相对筒单的计算格式,但计算精度较差,应用范围也限于低维非线性微分方程。将这两种方法相结合得到的新的渐近数值方法则同时具备了两者的优点,既使同伦摄动方法的应用范围推广到高维非线性动力学方程的求解,又使精细积分方法在求解非线性问题时具有较简单的计算格式。数值算例表明,该方法具有较高的数值精度和计算效率。     

变分迭代算法：一种新的非线性分析方法

本文提出了求解非线性方程的一种新方法－变分迭代算法，这种方法的基本特点是：给定一个近似解（可以包含待定常数）然后用拉氏乘子来校正其近似解，拉氏乘子可用变分的概念最佳确定，这种方法不受小参数的限制，具有很大的应用前景，本文详细介绍了这种方法，并得到了Ｄｕｆｆｉｎｇ方程的两个新的近似解。