多孔饱和半空间上刚体垂直振动的轴对称混合边值问题

研究圆柱形刚体在多孔饱和半空间上的垂直振动．首先应用Ｈａｎｋｅｌ变换求解多孔饱和固体的动力基本方程———Ｂｉｏｔ波动方程．然后按混合边值条件建立多孔饱和半空间上刚体垂直振动的对偶积分方程，用Ａｂｅｌ变换化对偶积分方程为第二类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程．文末给出了多孔饱和半空间表面动力柔度系数的计算曲线．     

层状弹性半空间非轴对称动力问题的奇异解

在柱坐标系下，利用关于方位角的Ｆｏｕｒｉｅｒ变换及关于径向的Ｈａｎｋｅｌ变换，将弹性力学基本方程组转化为非齐次的一阶常微分方程组的标准形式．采用求解微分方程组的矩阵法，建立了介质层的传递矩阵．由层间完全接触条件，导出了在任意埋藏源作用下层状弹性半空间频域奇异解，时域奇异解可通过关于频率的Ｆｏｕｒｉｅｒ积分得到．该方法可应用到固体、流体层的情况     

反平面弹性中边缘内分叉裂纹的奇异积分方程解法

利用复变函数和奇异积分方程方法,求解反平面弹性中半平面边缘内分叉裂纹问题。提出了满足半平面边界自由的由分布位错密度表示的半平面中单裂纹的基本解,此基本解由主要部分和辅助部分组成。将半平面边缘内分叉裂纹问题看作是许多单裂纹问题的叠加,建立了以分布位错密度为未知函数的Cauchy型奇异积分方程组。然后,利用半开型积分法则求解奇异积分方程,得到了裂纹端处的应力强度因子。文中给出两个数值算例的计算结果。     

非线性振动系统的多项式向量方法

对于常微分方程描述的非线性振动系统,当采用摄动方法求近似解时,先是给出满足各阶近似解的二阶常微分方程组,继而依次对每一个常微分方程进行求解,以致多自由度非线性振动系统的求解过程相当繁琐.文章针对常微分方程表示的非线性振动系统,提出了一种求解非线性振动系统近似解的多项式向量方法,该方法将二阶常微分方程组表示成一阶状态方程组,将非线性部分写成常数矩阵和多项式向量之积的形式.然后,采用直接摄动方法,获得每个幂次近似解所满足的一组状态方程,此时状态方程的非线性部分成为常数矩阵和前一幂次近似解作为元素组成的多项式向量的乘积.进一步,借助Toeplitz矩阵将多项式向量之乘法表示成矩阵形式,以解决多项式相乘带来的幂次方系数的确定问题,再根据一阶非齐次方程组的求解方法,获得状态方程组的全部近似解析解.多项式向量方法将二阶常微分描述的非线性振动求解过程转换为一阶非齐次状态方程组的求解问题,计算过程主要是矩阵和向量之间乘法运算,提高了计算效率和程序化水平.     

二维定常湍流计算中的GMRES算法

在以前工作的基础上将广义极小残差（Generalized Minimum RESidual (GMRES)算法发展到用于求解二维可压Favier平均Navier-Stokes方程组。控制方程经Newton线化处理后构成近似的线性系统,然后采用分别耦合了LUSGS和ILU两种预处理矩阵的GMRES算法求解。Spalart-Allmaras湍流模型被用来封闭流体控制方程组,采用与流体控制方程非耦合的方式,使用LUSGS方法求解。对GMRES算法中矩阵－向量的乘积采用了有限插分方法,从而避免了精确的左端系数矩阵的计算和存储。对预处理矩阵的两种使用方法（左预处理和右预处理）进行了分析和讨论。用两个算例对LUSGS和ILU两各预处理矩阵进行了比较,同时探讨了左预处理和右预处理各自的优缺点。通过对Sajben扩压器和NACA0012有攻角流动的计算,表明带有预处理的GMRES算法在二维定常跨音黏性流动计算中相比于得到广泛应用的DDADI方法具有很大优势,左预处理要优于右预处理。     

高层建筑结构分层模型弹塑性动力分析

1.概述输入地震波对高层建筑结构进行弹塑性动力分析能反映出地震过程中结构的动力特性.多质点体系(图1)在动力荷载作用下的振动方程为:[M]{(?)}+[C]{(?)}+[K]{(?)}=-[M]{(?)} (1)式中{x}、{(?)}、{(?)}——质点的位移、速度、加速度向量;[M]、[C]、[K]——质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;{(?)}——地面加速度向量.方程(1)是二阶微分方程组,按已知的地震加速度记录(?)(t)对时间t 求解这方程组,便可求得地震过程中各质点在每一时刻的位移、速度和加速度,从而计算结构的内力.     

可压缩球膜的膨胀和分叉

利用大变形迭加小变形的一般方法详细考察了可压缩球膜的膨胀和分叉问题.得到了可压缩球膜分叉的控制微分方程组,并通过求解非线性偏微分方程组,给出了不同情形的分叉模式及相应的分叉判据,但为了与Alexancler的实验对比,只认为01模式的分叉解在物理上是可行的.结果表明:可压缩球膜分叉解的控制微分方程组与不可压缩时非常相似,都只有3个独立的弹性系数,但弹性系数的定义是不同的;从理论上证明了可压缩球膜的分叉也是在内压达到极大值之后发生的,且在球膜的膨胀过程中.当内压达到极大值后,球膜的形状不再是标准的球形.而是上半球的厚度变大,下半球厚度变小,此时球膜分叉了,这与实验结果是一致的.     

多孔饱和半空间上弹性圆板垂直振动的积分方程

应用新的方法求解多孔饱和固体的动力基本方程－Ｂｉｏｔ波动方程,首先把Ｂｉｏｔ波动方程化为仅有土骨架位移和孔隙水压力的偏微分方程组,并且逐次解耦方法（不引入位移势函数）求解此偏微分方程组,然后按混合边值条件建立多孔饱和半空间上弹性圆板垂直振动的对偶积分方程,用Ａｂｅｌ变换化对偶积分方程为第二类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程。文中考虑两种孔隙流体的表面边界条件：（ａ）半空间表面（包括圆板与半空间的接触面）是     

电磁波导的半解析辛分析

根据电磁波导的Hamilton体系，辛几何可用于任意各向异性材料，而且便于处理不同区段的界面条件，横向的电场和磁场构成了对偶向量．基于Hamilton变分原理用半解析法进行横向离散应当保持体系的辛结构．离散后可以运用应用力学的有效算法，求解其辛本征值问题．每段波导可以引入两端Riccati矩阵，用精细积分法求解其方程组．     

对称三对角矩阵的两个FORTRAN程序

其中,K为正定对称三对角矩阵,形状同(2);M正定对角矩阵。 这里提供两个FORTRAN程序。解方程组(1)用解系数矩阵为一般三对角情形时用的追赶法,在现在系数矩阵为对称的情况下,计算解向量X所用的两组递推公式为     

Bending problems of rectangular Reissner plate with free edges laid on tensionless Winkler foundations

In this paper,an analytical method for solving the bending problems of rectangularReissner plate with free edges under arbitrary loads laid on tensionless Winkler foundationsis proposed.By assuming proper form of Fourier series with supplementary terms,whichmeet derivable conditions,for deflection and shear force functions,the basic differentialequations with given boundary conditions can be transformed into a set of simple infinitealgebraic equations.For common Winkler foundations,this set of equations can be solveddirectly and for tensionless Winkler foundations,it is a set of weak nonlinear algebraicequations,the solution of which can be obtained easily by using iterative procedures.     

Forces associated with non-linear non-holonomic constraint equations

A concise method has been formulated for identifying a set of forces needed to constrain the behavior of a mechanical system, modeled as a set of particles and rigid bodies, when it is subject to motion constraints described by non-holonomic equations that are inherently non-linear in velocity. An expression in vector form is obtained for each force; a direction is determined, together with the point of application. This result is a consequence of expressing constraint equations in terms of dot products of vectors rather than in the usual way, which is entirely in terms of scalars and matrices. The constraint forces in vector form are used together with two new analytical approaches for deriving equations governing motion of a system subject to such constraints. If constraint forces are of interest they can be brought into evidence in explicit dynamical equations by employing the well-known non-holonomic partial velocities associated with Kane's method; if they are not of interest, equations can be formed instead with the aid of vectors introduced here as non-holonomic partial accelerations. When the analyst requires only the latter, smaller set of equations, they can be formed directly; it is not necessary to expend the labor first to form the former, larger set and subsequently perform matrix multiplications.     

四元数的一种新的代数结构

在四元数力学的数学方法研究中，首次引入了友向量的概念，借助四元数的复表示方法，进一步研究了四元数力学中的系列数值计算问题，给出了相应问题的简单计算和论证方法，建立起了一套四元数力学的简单数学方法。     

Precise integration method for solving singular perturbation problems

This paper presents a precise method for solving singularly perturbed boundary-value problems with the boundary layer at one end. The method divides the interval evenly and gives a set of algebraic equations in a matrix form by the precise integration relationship of each segment. Substituting the boundary conditions into the algebraic equations, the coefficient matrix can be transformed to the block tridiagonal matrix. Considering the nature of the problem, an efficient reduction method is given for solving singular perturbation problems. Since the precise integration relationship introduces no discrete error in the discrete process, the present method has high precision. Numerical examples show the validity of the present method.     

一种新的求解非线性系统周期解方法

本文利用切比雪夫多项式的若干良好性质,对非自治强非线性动力系统进行分析。将状态矢量在主周期上先展开谐波级数的形式,再将各谐波展开为切比雪夫多项式的形式,从而将求周期解的问题转变为非线性代数方程组的求解问题,得出一种可以方便、迅速地获得近似周期解的解析方法。此方法不依赖于小参数假设,可以用于分析强非线性问题和高维问题,而且对参数激励系统同样有效。以Duffing系统周期解的计算为例,通过与标准谐波平衡方法和四阶Runge-Kutta数值积分结果比较,说明此方法的有效性。     

一种改进的残余力向量法在结构损伤识别中的应用

残余力向量法是结构损伤识别中常用的方法,复杂结构中单元数量较多而损伤位置较少,容易造成无关变量增多,进而导致计算量过大的问题。鉴于此,本文提出一种改进的残余力向量法用于结构的损伤识别。该方法利用刚度联系向量与残余力向量之间线性相关的特性,以向量投影值作为损伤定位的影响系数,初步筛选出结构可能出现损伤的单元范围。在此基础上,构建出残余力向量对应的线性方程组,根据顺序主子式不为零的条件,对线性方程组进行行初等变换,再根据单元的数量保留前n维线性方程,通过求解该方程组的代数解可得到该结构单元的刚度损伤参数。以简支梁为例的数值模拟表明,本文方法可减少无关单元变量的计算,降低残余力向量的维度并且具有较好的抗噪能力。     

病态代数方程的精细积分解法

基于精细积分思想,提出了一种有效的病态代数方程组求解方法。类似于稳态热传导方程可视为瞬态热传导方程的极限形式,将具有正定对称实系数矩阵的病态代数方程组归结为一个常微分方程组初值问题的极限形式,并在此基础上建立了病态代数方程组的精细积分解法。该方法不仅精度高,而且能以指数速度收敛,具有较高的效率。本文还讨论了病态代数方程...     

求非线性动力系统周期解的切比雪夫多项式法

周期运动是一种在客观世界中普遍存在的运动形式,它与混沌运动之间存在十分密切的关系,因而具有很重要的研究价值。利用切比雪夫多项式的若干良好性质,对自治非线性动力系统进行分析,将状态矢量在主周期上展开为切比雪夫多项式的形式,从而将原问题转变为非线性代数方程组的求解问题,得出一种可以方便、迅速地获得周期轨道近似多项式表达式的方法。此方法不依赖于小参数假设,可以用于分析强非线性问题,而且对参数激励系统同样有效。在计算机条件允许时,对高维系统也能迅速、精确地得到其周期轨道的近似多项式表达式。以三维Rossler系统和五维非线性磁浮转子系统周期轨道的计算为例,通过与四阶Runge-Kutta数值积分结果比较,说明此方法的精确、高效性。     

A new numerical technique for the analysis of parametrically excited nonlinear systems

A new computational scheme using Chebyshev polynomials is proposed for the numerical solution of parametrically excited nonlinear systems. The state vector and the periodic coefficients are expanded in Chebyshev polynomials and an integral equation suitable for a Picard-type iteration is formulated. A Chebyshev collocation is applied to the integral with the nonlinearities reducing the problem to the solution of a set of linear algebraic equations in each iteration. The method is equally applicable for nonlinear systems which are represented in state-space form or by a set of second-order differential equations. The proposed technique is found to duplicate the periodic, multi-periodic and chaotic solutions of a parametrically excited system obtained previously using the conventional numerical integration schemes with comparable CPU times. The technique does not require the inversion of the mass matrix in the case of multi degree-of-freedom systems. The present method is also shown to offer significant computational conveniences over the conventional numerical integration routines when used in a scheme for the direct determination of periodic solutions. Of course, the technique is also applicable to non-parametrically excited nonlinear systems as well.     

A method of finding the principal modes of nonlinear vibration systems and their stabilities

This paper presents a new method of finding the principal modes of nonlinear vibration systems, by means of which the problem of finding principal modes of nonlinear systems is transferred to the problem of finding real roots of a set of algebraic equations. The method is applicable to various kinds of nonlinear vibration systems with many degrees of freedom, and is simple in calculation. The paper presents another new method of analyzing the stabilities of principal modes of nonlinear systems.