计算结构动力响应的状态方程直接积分法

利用钟万勰等发展的指数矩阵精细算法,提出了状态方程直接积分法。它能适用于确定情形各种激励作用下系统的动力响应分析;与分段等效线性化方法相结合,也可用于某些非线性系统的响应计算。算例表明,状态方程直接法具有精度高、不受时间步长的严格限制等特点。     

基于气动力降阶模型的跨音速气动弹性稳定性分析

基于离散型输入输出差分模型,运用非定常CFD方法训练信号,然后运用最小二乘方法进行参数辨识,得到降阶的非定常气动力模型,再将该离散差分模型转换为连续时间域内的状态方程。耦合气动状态方程和结构状态方程,得到耦合系统的气动弹性状态方程。求解不同动压下状态矩阵的特征值,根据根轨迹图分析系统的稳定性特性。分析结果与直接耦合CFD/CSD方法结果相吻合,可以计算跨音速非线性气动弹性问题。其计算效率比直接耦合CFD/CSD方法提高1~2个数量级。针对Isogai wing在跨音速出现的S型颤振边界进行了较为细致的分析,阐述了该现象是由于系统诱发颤振的分支随着速度(来流动压)的提高而发生转移所导致的。     

基于支持向量机回归的结构系统可靠性及灵敏度分析方法

提出了一种基于支持向量机回归近似极限状态方程的系统可靠性分析方法,所提方法首先由支持向量机拟合系统各失效模式的极限状态方程,将复杂或隐式极限状态方程近似等价为显式极限状态方程,然后根据系统各个失效模式的逻辑结构,由高精度的显式极限状态方程方法计算系统的失效概率和参数灵敏度.与线性展开和响应面法近似极限状态方程相比,文中方法由于采用了基于结构风险最小化原理的支持向量机回归,因而在拟合非线性极限状态方程上表现优越,计算精度高.与直接蒙特卡洛模拟相比,由于该方法采用较少的样本即可近似出概率等价的显式极限状态方程,因而计算效率大幅提高.工程实例表明:所提方法可以处理串联、并联和混合系统的可靠性与可靠性灵敏度分析,具有工程运用价值.     

用状态方程直接积分法求解饱和土Biot固结方程

试采用状态方程直接积分法求解饱和土Biot固结问题,首次得到以位移未知量表示的状态方程、位移和孔隙流体压力的计算公式。算例结果表明,本方法的计算效率较高,同时精确可靠。     

高压气体状态方程的计算机模拟

在解决某些特殊条件下的力学问题时,有时需要知道几十万大气压下的高压气体状态方程。这种高压状态方程难以用实验方法得到。从分子间相互作用势出发采用近似的统计模型导出理论状态方程是一种可行的办法。例如,在计算凝聚炸药爆轰产物性质时所用过的LJD状态方程(基于Lennard-Jones和Devonshire笼子模型的状态方程)就是其中之一。为了考察它与实际符合的程度,以便在更广的范围内使用这种类型的状态方程,本文采用Monte Carlo方法对高压气体的行为进行了直接的计算机模拟,将计算的等温线与LJD模型的结果进行了比较。     

冷压状态方程计算的新方法和材料相图的研究

本文运用位力(virial)定理严格地给出了材料的冷压状态方程.本文的理论没有引入对系统势能的任何假定,只需计算系统的总动能,因而在状态方程的研究上得到了新的进展.本文采用了经典TFD统计模型,给出了计算材料状态方程的新方法.此方法可以运用于整个凝聚体系统,从零压开始计算材料各个压缩度下的压力,考虑到经典TFD模型的统计与真实量子力学统计之间的差异.此方法对每种元素的总动能计算作了修正.用此状态方程的新方法计算,可以得到在整个压缩度范围(包括零压附近)压力与实测值一致的冷压状态方程, 对Li,Na,Al,Fe,Ag和U等元素以及Fe-Ni,Al-Cu等二元合金进行了数值计算,结果与实测值符合得较好. 文中还探讨了材料相图的理论研究.冷压状态方程计算的新方法和相图的理论研究将为材料的设计提供依据.      

多自由度参激系统稳定性的数值分析

提出多自由度周期参激系统稳定性的数值直接法。通过将扰动方程表示成状态方程形式,再根据Flo-quet理论将扰动解表示成指数特征分量与周期分量之积,并将其周期分量与系统周期系数展成Fourier级数,导出一系列代数方程,建立矩阵特征值问题,从而由数值求解特征值可直接确定参激系统的稳定性。该方法可用于一般周期参激阻尼系统,特征值矩阵不含逆子阵。应用于斜拉索在支座周期运动激励下的参激振动不稳定性分析,数值结果表明该方法的有效性。     

新型碳酚醛材料状态方程研究

碳酚醛材料在航空航天领域有着广泛的应用,其高压力学性能的研究逐渐受到人们的关注。本文通过轻气炮实验,开展了新型碳酚醛材料冲击压缩力学性能研究。采用非对称碰撞直接测量法测量并计算了击波速度(D)与波后粒子速度(u),建立了D-u型的Hugoniot曲线,并由此推导了两种P-η型的状态方程。进一步,建立了该材料的Murnaghan状态方程,求得了相应的材料参数,并对Murnaghan状态方程和P-η型Hugoniot状态方程进行了比较和分析。     

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.     

组合状态方程在数值计算上的应用及分析

利用建立在爆轰产物实验等熵线数据上的组合状态方程以及常用的Jones-Wilkins-Lee (JWL)和Becker-Kistiakowsky-Wilson (BKW)爆轰产物状态方程进行了爆炸数值分析。状态方程数值计算的压力波形与实验波形的对比表明:组合状态方程和JWL状态方程计算的波形的到时、峰值、形状能够与实验吻合;BKW状态方程等熵式计算的数值波形峰值基本能够与实验吻合,但形状吻合不佳。     

不同状态方程对固体介质中斜激波反射的影响

相比气体,固体介质在高压下的状态方程更为复杂,形式也多种多样.现有关于固体介质中激波反射的理论研究,一般直接采用某种状态方程,缺乏对采用不同状态方程得到的结果的对比.本项工作采用激波极曲线的理论分析方法,选择4种不同组合形式的状态方程(一次冲击激波采用线性的冲击波速度与粒子速度关系式,二次冲击激波采用Gr(u|¨)neisen状态方程;一次冲击和二次冲击激波均采用冲击波速度与粒子速度关系式:一次冲击激波采用线性冲击波速度与粒子速度关系式,二次冲击激波采用刚性气体状态方程;以及一次冲击激波和二次冲击激波均采用刚性气体状态方程),研究固体介质中的斜激波反射,比较了采用不同组合形式的状态方程对反射激波波后压力的影响.利用量纲分析方法讨论了简化状态方程达到较高精度的条件.此外,用ANSYS/LS-DYNA软件,对激波极曲线理论给出的结果进行了验证.本项工作可为固体介质中激波反射问题状态方程的选取提供一定的指导.     

基于LMI的框架结构分数阶控制方法研究

以框架结构为研究对象,采用分数阶状态方程进行控制器设计,提出了基于LMI的分数阶控制器设计方法。首先,把原系统振动方程改为阶次为1～2的分数阶状态方程,同时,构造同阶次分数阶控制器状态方程,进而组装为一个整体状态方程;其次,根据分数阶系统稳定性条件确定满足系统渐进稳定性的不等式。为了获得可行解,在不等式中附加了两个参数,同时,令控制器参数矩阵为对称;再次,从仿真结果来看,控制效果过好,但控制力偏大,为此,控制力计算时附加了调节因子,以期在满足控制效果的基础上,降低所需控制力;最后给出了一个算例说明本文方法的可行性。     

计算结构动力响应的分段精细时程积分方法

利用钟万勰等发展的精细时程积分方法，提出了解线性定常结构动力系统响应的分段精细进程积分方法，它能适用于各种激励作用下系统的动力响应。对于载荷项采用线性和两次多项式进行拟合，采用精细时程积分方法和叠代方法对动力响应进行计算，与传统的离散积分方法如纽马克方法和威尔逊方法等及状态方程直接积分方法进行数值比较，本方法具有很高的精度和计算效率。     

磁悬浮列车系统的随机最优控制

本文根据磁悬浮列车和车行道的结构特点，将总系统模型按分块原则分成列车、磁执行环节和车行道系统，并在平衡点附近对非线性方程线性化处理，形成末加控制的总系统的状态方程，它是一组考虑外干扰情况下线性时变系统模型。而基于电磁关系原则建立的磁悬浮列车系统模型在末加控制状态下是不稳定的，为了保证列车的行驶舒适性、稳定性及可靠性，承重磁铁与导向磁铁必须加以控制。附加控制方程后，就形成了被控制的总系统的状态方程，从而实现车、磁及车行道模型的有机组合。对于实际工程问题，被控制的总系统的动力学性质由于维数较高，直接计算比较困难，本文采用计算机进行数值仿真，利用随机最优控制理论，对系统悬浮气隙和垂向加速度的变化规律进行了研究，并通过实例给出时变系统的仿真结果。     

岩体工程可靠性分析的响应面方法及应用

在岩体工程等复杂系统的可靠性分析中, 得到极限状态方程的解析表达式往往是非常困难的。本文提出了采用响应面方法结合数值试验对其进行拟合, 求系统的可靠度, 并应用于某地下岩体空间围岩稳定的可靠性分析。     

深梁的精确解

 抛弃所有梁理论假设, 直接从平面应力理论, 导出深梁的状态方程, 求解了简支梁精确解, 并与有限元解进行比较, 结果吻合较好.     

凝聚介质的简化状态方程

文中导出了计算简化金属状态方程中系数v的公式如下: y=4s2(1-(/))s~2-1式中s是冲击波速度和粒子速度线性关系的斜率,和为冲击波前后的密度这种简化状态方程是F.H.Harlow以前在计算高速射流时应用过的 文中并推导了相应的简化等熵状态方程和冲击波关系式,并对Al和Fe进行了数值计算,和通常从Gruneisen状态方程导出的等熵线相比,符合得很好。     

根据爆轰产物的微观描述预估凝聚炸药的爆轰压力

40年代以来,从凝聚炸药的化学成分和密度直接计算它的爆轰性质有几种不同的方法,它们的共同点都是采用稳定流动的守恒定律和在爆轰的不连续面上的CJ条件,不同点在于对爆轰产物这样的非常稠密的气体和固体的混合物用什么样的状态方程来描述,本文综述几种状态方程的特点和它们所预估的爆轰压力值之间的差异。      

瞬时高温的测量

从辐射热力学的观点,即能量观点,研究光的吸收和发射,则在热平衡的情况下,引出温度概念。热平衡时的辐射称为温度辐射。温度是辐射热力学的一个宏观参。另一方面,物体发射和吸收能量是分子和原子的运动状态发生变化的结果,温度描述了物体内部分子、原子微观运动状态的统计规律。测温,在光源研制,等离子体物理,炸药爆轰机理,动载下物质性态的研究等方面,都具有重要意义。我们知道,凝聚体受冲击压缩后的温度,通常是通过测冲击波的速度和波后粒子速度后,再代入用理论模型建立的状态方程,间接求出。如果能直接测出温度参量,则不仅可以检验理论模型的正确性,而且可利用所测温度数据直接建立状态方程,这是实验工作者感兴趣的事情。     

基于神经网络的隐式显化方法在结构可靠度分析中的应用

针对结构可靠度分析中极限状态方程不能明确表达的情况,结合神经网络技术,提出了隐式极限状态方程转换为显式表达式的方法.该方法利用神经网络的非线性映射能力,构造出显式表达的极限状态方程,从而可以很方便的引入一次二阶矩等其他基本求解方法进行结构可靠度分析.实例数值结果表明,基于神经网络将隐式函数转化为明确表达的极限状态方程是可行的,同时该方法具有较高的精度,为结构可靠度计算提供了新的有效思路和手段.