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.      

Winkler地基上各向异性薄板弯曲的精确解-广义积分变换解

外界载荷作用下复合材料薄板的弯曲行为是工程重点关注的问题之一。针对各向同性和正交各向异性的薄板弯曲问题,研究人员已给出了经典数值解。由于计算的复杂性,针对各向异性薄板弯曲问题的解答较少。本文从薄板弯曲问题的控制方程出发,建立符合该问题的辅助特征方程,并确定相应的特征值和特征函数。利用广义积分变换的思想,建立了求解非正交铺层条件下各向异性薄板弯曲问题的数值算法,给出了各向异性薄板弯曲的精确解。与其他文献结果比较发现,该方法具有较好的收敛性和准确性。     

薄板稳定问题的边界元法

本文基于小挠度薄板弯曲问题的基本解,建立了求解薄板稳定问题的边界积分方程,并计算了若干算例,结果表明用边界元法求解薄板的稳定问题是行之有效的.     

基于等效系统假定的变厚度板弯曲广义积分变换解

针对等厚度薄板的弯曲问题,研究人员已给出了基于不同数值算法的经典数值解。针对变厚度薄板弯曲问题的解答较少,且以有限元数值模拟计算为主,计算耗时较大。本文基于广义积分变换原理建立了求解变厚度等效系统的广义积分变换算法,分析了线性和二次变化的变厚度板在多种边界条件下的弯曲问题,利用文献已发表结果同本文建立的广义积分变换解进行验证。计算结果表明,本文建立的基于广义积分变换的变厚度板弯曲求解方法具有较高准确性。同时,通过参数化分析手段,分别利用广义积分变换方法和有限元数值模拟方法讨论了不同边界约束和长宽比等条件对中心点处挠度的影响,计算结果具有较好的一致性,证明本文建立的广义积分变换方法可用于求解变厚度板弯曲问题,且具有较高的准确性。     

混合边界约束多层矩形薄板的自由振动解析解研究

构造带有补充项的双重正弦傅里叶级数作为振型函数通解,来研究混合边界约束多层矩形薄板的自由振动特性。考虑振型函数中待定常数的物理意义,再结合多层矩形薄板的边界条件,简化得到了具体混合边界约束多层矩形薄板的振型函数。结合控制方程、未用的边界条件和协调条件,建立了求解频率的解析方程组,将其转化为广义特征值问题求其量纲为一的频率。选取参数计算并与文献结果进行了对比,二者吻合良好,证明了本文所采用方法以及提出通解的正确性。该通解不但可以满足多层矩形薄板的任意边界约束条件,而且其中的各个待定常数具有明确的物理意义,同时该通解也能用于研究多层矩形薄板的弯曲和稳定问题,从而使得多层矩形薄板问题的求解简单化、统一化、规律化。     

基于物理信息神经网络的薄壁结构屈曲分析

基于物理信息神经网络(PINN)建立了一种求解薄壁结构屈曲非线性控制方程组的方法.薄壁结构的非线性控制方程可由挠度和应力函数表示成复杂的4阶非线性偏微分方程组,使用物理信息神经网络(PINN)解法可以克服传统数值方法对求解域网格的依赖性.文中建立的神经网络模型根据基于加权的均方误差的损失函数更新网络参数,并用弧长法迭代的思想进行外层迭代控制以应对屈曲问题的迭代特性.将弧长法,硬边界条件,基于预训练的权重调整策略,以及自适应激活函数策略融合进网络优化的过程中使得PINN能够更为高效地求解线性与非线性屈曲问题.文章对两种典型的薄壁结构进行了屈曲模态和带有缺陷的非线性后屈曲问题求解,并将神经网络获得的解和有限元结果进行了对比.结果分析表明,物理信息神经网络方法能够在不需要标签数据的前提下对薄壁结构的屈曲问题进行有效分析,并且给予的额外标签数据能够提高此方法的求解效率.该方法虽较成熟的有限元解法收敛速度较慢,但不需要对求解域进行人为的前处理,有一定工程应用可行性.     

变厚度板弯曲的边界元分析法

由于变厚度板弯曲问题的控制分方程复杂，直接求解其基本解推导边界积分方程建立边界元分析法较为困难，本文通过引入等效荷载，等效刚度，将此问题的控制微分方程化成与普通薄板弯曲问题基本方程相同的形式，利用求解通板弯曲问题的边界元迭代求解，建立了分析变厚度板弯曲问题的蛤法，算例表明本方法理正确，精度良好。     

弹性薄板弯曲问题的双互易杂交边界点法

基于一种板的修正变分泛函,将杂交边界点法与双互易法结合,用于薄板弯曲问题的分析。该方法将问题的解分为齐次方程的通解和非齐次的特解两部分,特解采用径向基函数插值得到,而通解则使用杂交边界点法求解。在杂交边界点法用于求解通解的列式过程中,边界变量采用移动最小二乘近似,域内变量则采用基本解插值。与有限元法相比,该方法仅需要边界上离散点的信息,无论插值还是积分都不需要网格,域内点仅用来插值非齐次项,因而仍是一种纯边界类型的无网格方法。数值算例表明,本文方法能以很少的计算自由度获得与其它方法同样的计算精度,且具有前后处理简单、收敛速度快等优点,适合于求解工程中各种薄板的弯曲问题。     

悬臂半无限大板弯曲的边界积分公式

根据双调和方程边值问题的边界积分公式,求得了一般载荷作用下悬臂半无限大板的弯曲解,在此基础上求解了不同边界条件下几种半无限大板的弯曲问题.其解式收敛速度快、计算精度高,计算过程相对简单,并与相应有限元解进行了对比分析.     

用杂交边界点法分析简支薄板的热弯曲问题

该文利用杂交边界点法对简支薄板的热弹性弯曲进行了分析计算.采用薄板的热弹性理论,通过薄板的修正变分原理建立了各向同性薄板的边界局部积分方程,域内变量使用基本解插值,而边界上的变量则用移动最小二乘法近似.计算时仅需边界上离散点的信息,无论变量近似还是数值积分都不需要网格,因此该方法是一种纯边界类型无网格方法.数值算例表明,杂交边界点法在分析薄板的热弯曲问题时具有效率高、精度高和收敛性好等优点.     

新型带虚点的径向基函数微分求积法及其在薄板弯曲中的应用

本文提出了新型带虚点的径向基函数微分求积法,并将其应用于模拟薄板弯曲问题。带虚点的径向基函数微分求积法是一种基于传统径向基函数微分求积法的新型无网格方法,传统方法只将中心点放在计算域内,而该方法扩展了中心点的区域,使其既位于计算域内又位于计算域外,在不增加计算量和存储量的基础上,显著提高计算精度。本文首次尝试将此方法应用于求解薄板弯曲问题,并与解析解和传统方法进行对比,验证了此方法的优越性     

采用两步优化器的深度配点法与深度能量法求解薄板弯曲问题

随着计算机技术的进步以及机器学习算法的进一步发展,深度学习方法逐渐被广泛引用于各行各业中。本文发展并比较了适应于工程计算的深度配点法与深度能量法并应用于求解薄板弯曲问题。深度配点法采用物理驱动的深度神经网络来,并将物理信息（偏微分方程强形式）引入到损失函数中,最终将求解薄板弯曲问题简化为优化问题。深度能量法则是采用系统总势能驱动的神经网络。根据最小势能原理,在所有的可能位移场中,真实位移场的总势能取最小值,因此我们可以使用总势能构造损失函数,从而求解薄板弯曲问题。对于边界条件,通过罚函数法将有约束最优化问题转化为求解无约束最优化问题。深度配点法与深度能量法的适用性基于神经网络的通用近似定理。由于物理信息跟总势能的引入,增加了神经网络训练的困难,为了解决这个问题,我们发展了两步优化器方法。数值结果表明,深度配点法与深度能量法很适合求解薄板弯曲问题,并且程序实现简单,实现了真正意义上的“无网格法”。     

矩形薄板弯曲问题的二维广义有限积分变换法

运用二维广义有限积分变换解法，本文推导出不同边界条件下矩形薄板弯曲问题的解析解．在推导过程中，选取满足边界条件的梁振型函数为广义积分变换的积分核，由此构造出广义有限积分变换对，通过对薄板弯曲问题的控制方程进行二维广义积分变换，可以将控制方程转换为易于求解的线性代数方程组．该方法无需预先选取位移函数，无需进行繁琐的叠加过程，求解过程思路清晰，说明该方法更加正确合理．最后通过计算实例对比，验证了该方法的合理性及所推导公式的正确性．     

A semi-analytical approach for the non-linear large deflection analysis of laminated rectangular plates under general out-of-plane loading

A semi-analytical approach for the geometrically non-linear analysis of rectangular laminated plates with general inplane and out-of-plane boundary conditions under a general distribution of out-of-plane loads is developed. The analysis is based on the elastic thin plate theory with geometrically non-linear von Kármán strains. The solution of the non-linear partial differential equations is reduced to an iterative sequential solution of non-linear ordinary differential equations using the multi-term extended Kantorovich method. The efficiency, accuracy, and convergence of the proposed method are examined through a comparison with other semi-analytical methods and with finite element analyses. The capabilities of the approach and its applicability to the non-linear large deflection analysis of plate structures are demonstrated through various numerical examples. Emphasis is placed on combinations of lamination, boundary, and loading conditions that cannot be analyzed using alternative semi-analytical methods.     

求解Helmholtz方程基于核重构思想的最小二乘配点法

基于核重构思想构造近似函数，将配点法和最小二乘原理相结合对微分方程进行离散， 建立了Helmholtz方程的最小二乘配点格式，并分别研究了Helmholtz方程的波传播问题和 边界层问题. 通过数值算例可以发现，给出的数值计算结果非常接近于精确解，计算精度明显高于SPH 法的数值结果，且随着节点数目的增加，其精确度越来越高，具有良好的收敛性.     

AN EXACT METHOD OF BENDING OF ELASTIC THIN PLATES WITH ARBITRARY SHAPE

ＡＮ　ＥＸＡＣＴ　ＭＥＴＨＯＤ　ＯＦ　ＢＥＮＤＩＮＧ　ＯＦ　ＥＬＡＳＴＩＣ　ＴＨＩＮ　ＰＬＡＴＥＳ　ＷＩＴＨ　ＡＲＢＩＴＲＡＲＹ　ＳＨＡＰＥＺｈｏｕＤｉｎｇ（周叮）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＡｐｒｉｌ１０，１９９５，ＲｅｖｉｓｅｄＡｐｒｉｌ２６．１９９６．Ｃ...     

New analytic solutions for static problems of rectangular thin plates point-supported at three corners

This paper deals with the bending of rectangular thin plates point-supported at three corners using an analytic symplectic superposition method. The problems are of fundamental importance in both civil and mechanical engineering, but there were no accurate analytic solutions reported in the literature. This is attributed to the difficulty in seeking the solutions that satisfy the governing fourth-order partial differential equation with the free boundary conditions at all the edges as well as the support conditions at the corners. In the following, the Hamiltonian system-based equation for plate bending is formulated, and two types of fundamental problems are analytically solved by the symplectic method. The analytic solutions of the plates point-supported at three corners are then obtained by superposition, where the constants are obtained by a set of linear equations. The solution procedure presented in this paper offers a rigorous way to yield analytic solutions of similar problems. Some numerical results, validated by the finite element method, are shown to provide useful benchmarks for comparison and validation of other solution methods.