广义特征值问题的Collatz包含定理

工程中已发展了许多矩阵特征值问题的近似求解方法,由Duncley法给出固有频率基频的下界,Rayleigh-Ritz近似法建立的方程,给出基频的上界,以及通常的矩阵迭代法给出的矩阵的固有频率程序中是以某一元素迭代前后比值确定的,这样实际上很难说是上界或下界。Collatz包含定理仅适用于对称标准特征值问题,可以给出特征值上、下界。采用矩阵Cholesky三角分解的原理,把Collatz包含定理推广到适用于具有对称矩阵的一般结构系统的广义征值问题,对于分解刚度矩阵或质量矩阵可给出基频,或最高因有频率。为了验证理论的正确性,给出了算例。     

有界参数结构特征值的上下界定理

与方法近似性的结构特征值包含定理不同,给出参数近似性的结构的特征值上下界定理．在结构刚度矩阵和质量矩阵可以利用结构参数进行非员分解的条件下,通过区间分析,将特征值的上下界分解成两个广义特征值问题进行求解．结果可以看成是胡海昌教授的特征值质量包含定理和刚度包含定理在结构参数近似性特征值问题中的一种推广和应用．     

多自由度固有振动广义特征值问题的复分析证明——工科教育中的理论思维能力培养一例

在振动理论中,"线性系统固有振动的广义特征值问题仅具有非负实特征值"是一个基本的事实,然而现有教材对这一结论的证明一般都是基于矩阵分解理论,这对于绝大多数大学本科生而言属于超前的数学知识,因此会造成学习上的一定困难。本文针对该结论给出了一种基于复分析的较为初等的证明方法,该方法仅利用复数的基本概念和简单的矩阵代数运算而不涉及矩阵分解理论,从而既能保证理论体系的严密性,又降低了该问题的数学论证难度。     

基于奇异值分解的复模态矩阵摄动法

对非自伴随系统的振动重分析问题,提出了一种简单的通用方法。从子空间缩聚出发,基于复矩阵的奇异值分解定理,推导了同时适用于孤立 特征值,相重特征值和相近特征值三种复特征值情况的一阶和二阶摄动公式。算例表明,该方法通用性好,且具有足够的精度。     

0rr－Sommerfeld方程数值解法中的复广义矩阵特征值问题

Ｏｒｒ－Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ方程的求解通常可以化为一个复广义矩阵特征值问题ＡＸ＝ωＢＸ。本文用酉变换分别约化Ａ，Ｂ为上Ｈｅｓｓｅｎｂｅｒｇ阵和上三角阵，然后利用Ｍｕｌｌｅｒ求根方法可以求出其全部特征值，其中特征多项式的值由Ｈｙｍａｎ方法给出。当仅需要判断有无不稳定模态时，利用一个简单的矩阵变换将其化为强特征值的求解问题，从而可使用最简单的幂迭代，Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ配置点法算例表明两种算法均快速有效。     

0rr－Sommerfeld方程数值解法中的复广义矩阵特征值问题

Ｏｒｒ－Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ方程的求解通常可以化为一个复广义矩阵特征值问题ＡＸ＝ωＢＸ。本文用酉变换分别约化Ａ，Ｂ为上Ｈｅｓｓｅｎｂｅｒｇ阵和上三角阵，然后利用Ｍｕｌｌｅｒ求根方法可以求出其全部特征值，其中特征多项式的值由Ｈｙｍａｎ方法给出。当仅需要判断有无不稳定模态时，利用一个简单的矩阵变换将其化为强特征值的求解问题，从而可使用最简单的幂迭代，Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ配置点法算例表明两种算法均快速有效。     

结构固有频率区域的两种摄动算法

当结构参数具有误差或有界不确定性时，区间数学可以在不知道不确定变量的概率分布的情况下定量地考察不确定参数对响应的影响。为计算出不克腚结构参数对结构振动固有频率影响范围的上下界，本文通过对所的两种区间摄动方法分析和数值运算可以看出，相对区间矩阵摄动法，参数摄动方法不仅可提高结构特征值的求解效率，而且所计算结构特征值上下界的宽度比区间矩阵摄动方法所计算出的要小，数值结果说明所提出方法的有效性。     

一般实矩阵特征值问题的多维灵敏度分析

应用Kronecker代数和矩阵微分理论系统发展了一般实矩阵特征值问题的矩阵灵敏度分析方法，结构系统特征值和特征向量的导数很方便地排列成二维矩阵，所得的结果很容易形成计算机程序。     

求解对称矩阵特征值及特征向量的初等变换法

 在力学中有一类量的求解可归结为矩阵特征值和特征向量的求解，而求解 矩阵的特征值将要求解高次方程的根，这在数学上将遇到难以克服的困难. 应用初等变 换方法，将对称矩阵的特征矩阵对角化. 利用这种方法，同时可求出该矩阵所有的特征值和 正交的特征向量，避免了求解高次方程根的困难与把各特征向量正交化的麻烦.     

一类生物流体力学模型的稳定性

在研究颅内压集中参数模型的基础上，改进自适应的龙格-库塔法对一类生物流体力学模型进行数值模拟。通过合理控制计算量，得到了微分方程近似解的局部截断误差的估计。使用矩阵特征值分析微分方程的稳定性，在实际生理范围内变化模型参数，得到特征值随参数变化的关系，指出模型中存在实部为正的特征值。文章还讨论了控制矩阵特征值的变化对数值方法稳定步长的影响，并得到步长的取值范围。通过理论分析。得到控制方程的解随时间的发展和模型中生理参数的选取相关。分析了特征值变化的稳定性和参数的关系，并对模型进行改进，讨论其稳定性的情况。     

Paradox solution on elastic wedge dissimilar materials

According to the Hellinger-Reissner variational principle and introducing proper transformation of variables , the problem on elastic wedge dissimilar materials can be led to Hamiltonian system, so the solution of the problem can be got by employing the separation of variables method and symplectic eigenfunction expansion under symplectic space, which consists of original variables and their dual variables . The eigenvalue - 1 is a special one of all symplectic eigenvalue for Hamiltonian system in polar coordinate . In general, the eigenvalue - 1 is a single eigenvalue, and the classical solution of an elastic wedge dissimilar materials subjected to a unit concentrated couple at the vertex is got directly by solving the eigenfunction vector for eigenvalue - 1. But the eigenvalue - 1 becomes a double eigenvalue when the vertex angles and modulus of the materials satisfy certain definite relationships and the classical solution for the stress distribution becomes infinite at this moment, that is, the para     

Convex Analysis of the Eigenvalues of a 3D Second-Order Symmetric Tensor

Within the framework of nonsmooth convex analysis, the subdifferentials of the maximum eigenvalue and the negative of the minimum eigenvalue of a three-dimensional second-order symmetric tensor A are determined for all possible cases in an explicit and coordinate-free way. In particular, the expressions obtained for the subdifferentials show that: (i) An eigenvalue of A is differentiable if and only if it is simple; (ii) the maximum eigenvalue of A is subdifferentiable when it is double or triple; (iii) the negative of the minimum eigenvalue of A is subdifferentiable when it is double or triple. These results can be applied directly to elasticity and continuum mechanics where three-dimensional second-order symmetric tensor eigenvalues are frequently involved.     

Eigenvalues of the antiplane-shear crack problem for a power-law material

This paper discusses the problem of finding the eigenvalue spectrum in determining the stress and strain fields at the tip of an antiplane-shear crack in a power-law material. It is shown that the perturbation method provides an analytical dependence of the eigenvalue on the material nonlinearity parameter and the eigenvalue of the linear problem. Thus, it is possible to find the entire spectrum of eigenvalues and not only the eigenvalue of the Hutchinson-Rice-Rosengren problem. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 49, No. 1, pp. 173–180, January–February, 2008.     

EIGENVALUE PROBLEM OF A LARGE SCALE INDEFINITE GYROSCOPIC DYNAMIC SYSTEM

Gyroscopic dynamic system can be introduced to Hamiltonian system.Based on an adjoint symplectic subspace iteration method of Hamiltonian gyroscopic system, an adjoint symplectic subspace iteration method of indefinite Hamiltonian function gy- roscopic system was proposed to solve the eigenvalue problem of indefinite Hamiltonian function gyroscopic system.The character that the eigenvalues of Hamiltonian gyroscopic system are only pure imaginary or zero was used.The eigenvalues that Hamiltonian function is negative can be separated so that the eigenvalue problem of positive definite Hamiltonian function system was presented,and an adjoint symplectic subspace iteration method of positive definite Hamiltonian function system was used to solve the separated eigenvalue problem.Therefore,the eigenvalue problem of indefinite Hamiltonian function gyroscopic system was solved,and two numerical examples were given to demonstrate that the eigensolutions converge exactly.     

Design with Several Eigenvalue Constraints by Finite Elements and Linear Programming

A finite element discretization, combined with a powerful numerical eigenvalue procedure, has proved to be a unified approach to eigenvalue analysis of elastic solids. Treating the sensitivity analysis as an integrated part of this approach, one obtains gradients of the eigenvalues without any new eigenvalue analysis. This forms the necessary information for an optimal redesign which is formulated as a linear programming problem. By a sequence of optimal redesigns, one then obtains a solution to the problem of optimal design or a solution to an inverse eigenvalue problem. Taking as an example the vibration of Timoshenko beams, we focus on the gradient functions, on the dependence of slenderness, and on the inherent problem of local optima.     

关于含参变量特征值轨迹偏转现象的探讨

含参变量的特征值轨迹的偏转现象出现在许多力学和理论物理问题中。本文通过两个实例,对特征值轨迹偏转现象进行了深入的探讨。先讨论了一个两维平板振动问题,通过求特征值的上、下界的方法,确定了该问题的精确特征值呈现了曲线(含一个参变量)偏转和曲面(含两个参变量)偏转现象;然后讨论了一个双震荡器的振动问题,发现当某个参数发生变化时的特征值曲线是由相交变为偏转的。且当一对特征值曲线偏转前后,两个特征向量几乎互相改变了方向;而当一对特征值曲面偏转前后,对应的特征向量的分量也发生偏转。     

任意非亏损矩阵特征灵敏度分析的模态展开法

把特征向量的各阶导数表示成所有模态的线性组合，并利用左模态与右模态间的双正交性，首先导出了任意非亏损矩阵的重特征值的一阶导数所满足的特征值问题，然后根据此特征值问题无、看重根的情况，再导出了异导重特征值和等导重特征值对应的可微特征向量、特征值和特征向量各阶导数的一般计算公式。算例显示了方法的正确性。     

边界元特征值分析及Burton-Miller法探究BEM eigenvalue analysis and the investigation of the Burton-Miller method

运用围道积分方法将边界元非线性特征值问题转化为规模很小的广义特征值问题,从而构造出一种边界元特征值分析方法。数值算例验证了该方法的求解精度。针对外声场问题,通过对常规、法向导数和Burton‐Miller边界积分方程的虚假特征频率的计算和比较,揭示了Burton‐Miller法规避虚假特征频率的本质,并对其中的叠加常数的最优取值给出了一种新的解释。     

不确定结构动力特征值区间分析的一种算法

将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示,对获得的广义区间特征值方程的求解方法进行了讨论,提出了一种区间逐步离散的方法。此方法通过独立的不确定性参数取区间离散点的值,将广义区间特征值方程的求解转化为相应的确定性问题,再搜索方程解中的最大最小值来确定各阶特征值边界。用数学算例对此算法的正确性和有效性进行了验证,然后应用于工程算例的特征值区间分析,并与其它算法结果进行了比较。计算结果表明该算法的计算效率较高,准确性较好。     

受迫简谐响应分析中的特征值问题

无阻尼结构的受迫振动的共振频率与自由振动的特征值直接相关。在频域响应谱中,共振频率对应于响应峰值位置。指出频谱中的低谷(相对最小值)对应的频率也可用特征值问题求解。当最小值为0时,对应的频率是著名的反共振频率。另一种可能是,处于两个共振频率之间存在非零的最小响应,对应的频率称为最小响应频率。基于特征值问题的列式,反共振频率或最小响应频率的灵敏度分析可以直接通过已有的特征值灵敏度分析方法求解。给出了详细的数学推导并通过数值算例验证。