重载滑动轴承非牛顿流体的三维弹性液体动力润滑分析的加权平均法

本文采用加权平均法成功地求解了由广义Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程（幂次型）和三维弹性方程组成的非牛顿体弹流模型，该方法较好的解决了大偏心率的弹流迭代收敛困难的问题。该方法具有收敛快，对初值要求松且计算精度高等优点，是一种解决弹流问题较好的迭代模式。     

基于半光滑牛顿法的润滑液膜有限元空化算法

针对润滑液膜中空化问题,引入Fischer-Burmeister函数,提出一种求解满足质量守恒雷诺方程的半光滑牛顿迭代算法.该算法将空化问题的非线性互补关系转化为等式约束方程,避免了迭代计算中的不等式约束识别问题.算法可将空化约束方程与雷诺方程、力平衡方程、变形方程等同时纳入牛顿迭代方程组,有效解决了传统松弛迭代算法需要多重嵌套循环带来的效率低下问题及压力与膜厚的强耦合性带来的收敛困难问题.计算实例表明,该算法计算效率高、收敛性好,且易应用于弹流润滑分析中,在滑动轴承和机械端面密封等多种物理模型下均有良好的适用性.     

Hahn-Tsai复合材料的非线性杂交应力有限元方法

成功建立了Hahn-Tsai复合材料模型的非线性杂交应力有限元方程,采用Newton-Raphson迭代法求解结构的非线性位移方程。在迭代过程中,为了提高计算效率可采用简单迭代法由节点位移求解单元应力场。但是,当载荷增加到一定程度以后,非线性应力场由于循环迭代而无法收敛,显然,一般的加速方法不能解决这种循环迭代的发散问题。因此,本文发展了一种确实有效的非线性应力场迭代新方法,在不增加计算工作量的情况下,不仅极大地提高了收敛速度,而且对于较大载荷也能够很好地收敛,从而解决了大载荷下非线性杂交元方法失败的关键问题。数值算例表明该方法是确实可行的。     

基于动态混合网格的不可压非定常流计算方法

鱼类、昆虫等运动速度较低,对它们的数值模拟需要解决不可压问题.虚拟压缩方法通过在连续性方程中加入压强对虚拟时间的偏导数,从而把压力场和速度场耦合起来,解决了不可压缩流的计算问题.基于动态混合网格技术,利用双时间步方法耦合虚拟压缩方法来解决非定常不可压缩流的计算问题.为了加快每一虚拟时间步内的收敛速度,子迭代采用了高效的块LU-SGS方法,并且耦合了基于混合网格的多重网格方法.利用该方法数值模拟了不同雷诺数下的静止圆柱、振荡圆柱的绕流,得到了与实验和他人计算一致的结果.     

粘弹流体轴对称流动的格子Boltzmann方法

基于BGK碰撞模型，通过在迁移方程中引入作用力项，建立了粘弹流体的轴对称格子Boltzmann模型．通过Chapman-Enskog展开，获得了准确的柱坐标下轴对称宏观流动方程．采用双分布函数对运动方程和本构方程进行迭代求解，模拟分析了粘弹流体管道流动，获得了流场中的速度和构型张量的分布，通过与解析解进行比较，验证了模型的准确性．研究了作为粘弹流体流动基准问题的收敛流动，对涡旋位置进行了定量分析，将回转长度的计算结果与有限体积法进行了比较，两种数值结果十分吻合．研究结果表明，模型能够准确表征粘弹流体的轴对称流动，具有较广阔的应用前景．     

一种快速求解非稳态弹流问题的直接迭代算法

本文提出一种求解弹流润滑问题的直接迭代方法。实践证明,这种算法具有较好的收敛性,极快的运算速度和相当宽的参数适应范围,特别适用于非稳态问题的研究。新的直接迭代格式还具有程序简单、占用内存少等普通直接迭代法的优点。     

回转体局部空泡绕流的非线性分析

基于面元法, 通过在回转体和空泡壁面放置源汇,对回转体定长局部空泡的绕流问题进行了分析和讨论,并提出了求解回转体局部空泡绕流“正问题”的方法。计算结果表明：所给出的方法具有快速收敛的特征,第1次迭代和最终收敛时空泡壁面切向速度的误差不超过5％;随着回转体面元总数N的增加,局部空泡的空泡数σ趋于稳定;通过比较可知,该方法得到的理论估算值与实测值的一致性较好。     

采空区流场非达西渗流一种新的迭代算法

对Bachmat非线性渗流方程求解问题，结合采空区问题的力学特点，提出基于变渗透率达西 (Darcy)渗流求解非线性渗流的迭代算法. 建立了冒落采空区非线性漏风流态的有限元数 值模型，通过对复杂边界采空区的漏风渗流的计算，得到与实际流态更接近的流动规律(风 压等值线和流函数线)和采空区漏风强度分布(速度场). 结果表明，迭代算法是振荡性收 敛的，收敛速度快；与Darcy渗流相比，采空区非线性渗流速度场趋向于平缓，在工作面附 近30\,m范围内最大风速降低到原来的0.61倍，其余大部分区域速度略有增加. 迭代方法满 足工程要求.     

面向对象的土石坝参数随机反演程序设计

将储液容器流固耦合系统中的液体和容器分别视为理想可压缩流体和线弹 性固体，采用流体压力单元和固体壳单元对流固耦合系统进行有限元离散，得到一个非对称 的大型流固耦合有限元方程. 采用Arnoldi方法求解上面这个大型有限元方程的非对称特征 值问题，以得到储液容器的动力特性. 通过移频技术避免了处理零频问题，并构造了迭代格 式计算Arnoldi向量. 数值算例表明所用解法对于流固耦合系统都是非常有效的.     

基于格子Boltzmann方法的粘弹性流体圆柱绕流分析

将光滑界面法引入到格子Boltzmann方法中分析粘弹性流体绕流问题，分别采用单松弛模型和对流扩散模型求解运动方程和Oldroyd-B本构方程，针对圆形和椭圆内部边界条件，给出连续界面插值函数，在此基础上，运用光滑界面法将内部边界转换为作用力项施加到演化方程中。首先分析圆柱绕流问题，给出不同材料参数情况下的流场分布和阻力系数计算结果，比较发现与宏观数值模拟结果相吻合。将模型拓展到绕椭圆流动中，分析椭圆形状和材料参数对粘弹性流体绕柱流的影响，发现随着椭圆长轴与短轴比值的增加和维森伯格数的增加，阻力系数逐渐下降，并且长短轴比对迭代收敛有较大影响。     

计入油膜惯性作用椭圆接触弹流润滑性能研究

基于计入惯性项的Navier-Stokes方程和连续性方程，建立了计入油膜惯性作用的椭圆接触弹性流体润滑模型，研究了油膜惯性对椭圆接触弹流润滑性能的影响. 弹性变形通过快速傅里叶变换(FFT)计算，而油膜压力通过复合直接迭代法求解. 数值结果表明:在计入油膜惯性作用后，润滑膜的二次压力峰增大，入口区的油膜速度减小，且逆流区范围扩大；考虑油膜惯性作用后油膜厚度有所增大，当载荷从300 N增加到700 N时，中心膜厚最大增加了5.14%. 试验结果也表明，考虑油膜惯性作用后的中心膜厚数值解与试验结果更加接近.      

考虑侧面摩擦的侧限压缩模型的数值解法

海上箱筒型基础结构下沉到位后,舱内土体的受力变形可以看作是侧限压缩模型问题,上部荷载引起的侧壁摩擦力与土体应力之间的关系较为复杂。本文通过简化模型,列出了侧限压缩模型的平衡微分方程,分析了方程解析计算时存在的难点,结合摩擦应力边界条件的特点,构造函数迭代法对该方程进行数值求解,展示了计算的收敛过程,得到接触侧面上水平应力和土体表面位移的非线性分布规律,并将其结果与ABAQUS数值模拟结果进行了对比。结果表明,函数迭代法收敛速度较快,计算过程稳定,对其他存在变量耦合边界条件的微分方程数值求解有一定的参考价值。     

Numerical solution of the Klein–Gordon equation via He’s variational iteration method

In this paper, we present the solution of the Klein--Gordon equation. Klein--Gordon equation is the relativistic version of the Schrödinger equation, which is used to describe spinless particles. The He’s variational iteration method (VIM) is implemented to give approximate and analytical solutions for this equation. The variational iteration method is based on the incorporation of a general Lagrange multiplier in the construction of correction functional for the equation. Application of variational iteration technique to this problem shows rapid convergence of the sequence constructed by this method to the exact solution. Moreover, this technique reduces the volume of calculations by avoiding discretization of the variables, linearization or small perturbations.     

影响结构优化理性准则法优化效果的关键问题研究

深入仔细分析决定理性准则法优化效果与优化效率的关键问题——准则是否准确和迭代计算是否收敛。首次提出：在结构优化中,重量作为设计资源除有改善结构性能的一面之外,还会有作为载荷导致结构性能劣化的矛盾的另一面。虚功准则方程组忽略载荷导数,无法考虑重量矛盾作用的另一面,这种忽略不能视为合理近似。因为对于航空航天器、高精度天线和高速运行的机械、车辆等以自重和惯性载荷为主的一大类工程结构,这种忽略导致虚功法,得到的解离最优解相差甚远。导重准则法是严密推导的理性准则法,克服了虚功法准则不准的缺陷,优化效果大幅度提高。理性准则法最后归结为非线性准则方程组的迭代求解,由于工程结构优化的准则方程组难以满足其严格的收敛条件,而可采用步长因子法求解,可以证明使迭代收敛的步长因子一定存在,并可给出步长因子理论取值范围和实际取值方法。以十杆桁架考题和两个天线结构优化为例验证了以上论点。     

On higher order multigrid methods with application to a geothermal reservoir model

This paper considers the multigrid iterative method applied to the solution of finite difference approximations to a linear second-order self-adjoint elliptic equation. It represents an extension of work by Dinar and Brandt. We compare two methods to obtain fourth-order convergence. The first is local error extrapolation developed by Brandt, the second is iterative improvement developed by Lindberg. This work considers non-separable problems, but only on a rectangular domain with Dirichlet boundary conditions. We consider test cases with non-smooth (i.e. discontinuous second derivatives) as well as smooth solutions. We also apply the multigrid method to an elliptic equation with non-separable coefficients which occurs in a geothermal model. In this case an analysis of the error fails to show any advantage in a fourth-order difference scheme over a second-order scheme. However, we do demonstrate that the multigrid iteration performs well on this problem. Also, this example shows that the multigrid iteration can be combined with iterative improvement to create an efficient fourth-order method for a non-separable elliptic equation which is coupled with a marching equation. Other work has found an advantage in this fourth-order scheme for a similar geothermal model.     

Traveling Wave Fronts of Reaction-Diffusion Systems with Delay

This paper deals with the existence of traveling wave front solutions of reaction-diffusion systems with delay. A monotone iteration scheme is established for the corresponding wave system. If the reaction term satisfies the so-called quasimonotonicity condition, it is shown that the iteration converges to a solution of the wave system, provided that the initial function for the iteration is chosen to be an upper solution and is from the profile set. For systems with certain nonquasimonotone reaction terms, a convergence result is also obtained by further restricting the initial functions of the iteration and using a non-standard ordering of the profile set. Applications are made to the delayed Fishery–KPP equation with a nonmonotone delayed reaction term and to the delayed system of the Belousov–Zhabotinskii reaction model. An erratum to this article is available at .     

非光滑方程组方法在求解非匹配网格接触问题中的应用

将非光滑方程组方法与Mortar StS接触模型(Mortar Segment-to-Segment)相结合,来求解接触面网格非匹配时的弹性接触问题.其中,非光滑方程组方法是求解弹性摩擦接触问题的有效方法,具有精确满足接触条件、迭代算法收敛性有理论保证的优点,但目前仅用于求解网格匹配的接触问题.Mortar StS接触模型可以较为方便地处理网格非匹配接触问题,其特点是不引入过多约束,满足接触分片检验条件,但目前大都采用“试验-误差”迭代方法求解控制方程,对于复杂接触问题,其收敛性不易保证.因此,将二者结合来处理网格非匹配接触问题,既可以提高求解精度,又能使得算法的收敛性得到理论保证.数值算例对接触分片检验和算法的计算精度进行了验证.     

圆板非线性振动有限元分析的一种迭代方法

同时考虑横向振动和板平面内的运动,用3节点有限元研究均匀圆板的轴对称大振幅非线性振动,构造了一个避免发散加速收敛的平均迭代法,并将计算结果与文献的已有结果做了比较。     

跨音速翼型反设计的一种大范围收敛方法

求解跨音速翼型的反设计问题时，传统的梯度型方法一般均为局部收敛. 为增大求解的收敛范围，依据同伦方法的思想，通过构造不动点同伦，将原问题的求解 转化为其同伦函数的求解，并依据拟Sigmoid函数调整同伦参数以提高计算效率，进而构造 出一种具有较高计算效率的大范围收敛反设计方法. 数值算例以RAE2822翼型的表面压力分 布为拟合目标，分别采用B样条方法, PARSEC方法及正交形函数方法等3种不同的 参数化方法，并分别以NACA0012, OAF139及VR15翼型为初始翼型进行迭代计 算. 计算结果证明，该方法适用于多种参数化方法，且具有较好的计算效率，从多 个不同的初始翼型出发，经较少次数迭代后， 均能与目标翼型很好地拟合，是一种高效的大范围收敛方法.     

Improving convergence of incremental harmonic balance method using homotopy analysis method

We have deduced incremental harmonic balance an iteration scheme in the （IHB） method using the harmonic balance plus the Newton-Raphson method. Since the convergence of the iteration is dependent upon the initial values in the iteration, the convergent region is greatly restricted for some cases. In this contribution, in order to enlarge the convergent region of the IHB method, we constructed the zeroth-order deformation equation using the homotopy analysis method, in which the IHB method is employed to solve the deformation equation with an embedding parameter as the active increment. Taking the Duffing and the van der Pol equations as examples, we obtained the highly accurate solutions. Importantly, the presented approach renders a convenient way to control and adjust the convergence.