摄动法结合Pad逼近在结构拓扑重分析中的应用

讨论了矩阵摄动理论结合Pad啨逼近在结构拓扑修改重分析中的应用,利用分步迭代的方法来取得高精度的近似解。定义过渡方程并利用原始结构信息得到其精确解;利用正交化的摄动基作Pad啨逼近,并采用迭代的方法得出对过渡方程解的增量,从而得到修改结构的近似解。     

结构静态拓扑重分析的摄动-Padé逼近法

提出一种拓扑修改的静态重分析的方法.该方法将所有新增加的自由度分步、逐次得增加到原结构上.在每一子步中利用过渡矩阵得到摄动基,并对摄动基进行正交化处理来进行Padé逼近,得到的近似解作为下一子步的原始解.循环结束时得到修改结构的近似解.     

具有幂率速度移动表面边界层问题解析近似解

利用微分方程相似变换,摄动渐进展开和Padé逼近方法对幂率速度移动表面边界层问题进行了研究,得到了问题的解析近似解,对相应的流动特性进行了探讨.     

结构静态拓扑重分析的摄动-Pade逼近法

提出一种拓扑修改的静态重分析的方法．该方法将所有新增加的自由度分步、逐次得增加到原结构上．在每一子步中利用过渡矩阵得到摄动基，并对摄动基进行正交化处理来进行Pade逼近，得到的近似解作为下一子步的原始解．循环结束时得到修改结构的近似解．     

求强非线性自治振子同宿轨的广义Padé逼近方法

在经典Padé逼近理论的基础上进行了相应推广,提出了广义Padé逼近方法,并针对强非线性自治振子同宿轨的求解问题,利用双曲函数构造了一种新的广义Padé逼近式.首先,该广义Padé逼近式有着较简单的泰勒展开式,与现有的Padé逼近式相比,在计算同阶逼近时,计算量更少;其次,该方法在强非线性时,依然有着较高的精度;第三,该方法并不局限于某些特定的系统,而是有着较广的适用范围.因此对于广义Padé逼近方法的研究具有一定的实际意义和理论价值.     

Padé逼近求解抛物型偏微分方程的并行算法研究

一维抛物型偏微分方程可以用精细积分方法精确求解.当精细积分中的矩阵指数函数用Padé逼近来代替时,可以得到一系列由简到繁、精度由低到高的差分格式,因而便于根据实际需要进行选取.常见的求解抛物型方程的差分格式如古典显式格式、隐式格式及六点差分格式为其中的特例.Padé逼近格式主要包括矩阵运算和线性方程组求解.本文利用Padé逼近格式对应的方程组系数矩阵为带状矩阵的特点,把原来在整个区域上求解的问题转化为分区域求解,在TRANSPUTER并行机上实现了该问题的并行算法,并对该并行算法的时间复杂度进行了分析.算例结果表明Padé逼近并行算法有很好的计算效果和并行效率.     

Falkner-Skan方程的近似解析解

研究了粘性流体绕流楔型物体的Falkner-Skan边界层方程求解问题.利用Adomian拆分方法,通过引入Crocco变量变换将无穷区间的边界值问题转为初值问题并利用Padé逼近技巧确定初值,给出了一种有效的解析分解方法.进一步,本文设计了一种数值解法,将本文得到的近似解析解及数值结果与早期研究者Hartree等人的结果进行了比较,证明了本文提出的解法的有效性和可靠性.     

Adomian修正分解法的后处理方法比较

Adomian修正分解法在求解非线性微分方程中得到广泛应用。Adomian修正分解法的主要特点在于计算简单快速,并且不需要进行线性化或离散化。但是Adomian修正分解法的计算精度取决于其收敛域。为了扩大Adomian修正分解法的收敛域,需要对所得解进行后处理,目前常见的后处理方法包括Padé近似、LaplacePadé近似和多步迭代方法。本文首先简要回顾了Adomian修正分解法,然后讨论了这三种后处理方法,最后通过Duffing振子为例对这些后处理方法的优缺点进行讨论和分析。数值计算结果表明,多步迭代方法能够加速Adomian修正分解法解的收敛,并扩大其收敛域。     

线性广义特征值问题的摄动迭代法

本文给出了一种适用于迭代计算的矩阵摄动法,它是进行广义特征值问题Ax=λBx的摄动重分析的一种高精度算法,同时也可用于改进由其它矩阵摄动分析方法提供的近似解的精度。实际算例表明,当结构参数修改量不太大时,采用这种摄动迭代法进行特征值问题的精确重分析是十分有效的。     

大型结构大修改下的静力重分析方法

对于大型结构发生参数大修改时, 采用组合近似算法进行结构位移重分析会使所得的近似解与真实解误差较大. 为了解决组合近似算法在大型结构发生参数大修改时的求解精度不足缺陷, 提出了3种改进的结构静力重分析方法. 该3种改进算法都是基于组合近似算法, 并分别通过位移迭代修正、刚度逐步逼近等措施使求解精度不断提高. 通过2个算例验证了3种改进算法的有效性和高效性, 并对3种改进算法之间的求解效率进行了比较.      

应用POD和Padé拟合的线性动力学系统辨识

提出了一种线性动力学系统辨识方法。应用Padé多项式对系统的动刚度曲线进行拟合,通过最小二乘法确定Padé多项式中的系数矩阵,利用遗传算法确定出Padé拟合式中的参数。通过比较系统动刚度矩阵的理论公式和Padé拟合式,辨识得到系统的质量阵、刚度阵和阻尼阵。当系统阶数较高时,可结合POD降阶技术对系统进行辨识,该方法适用于全阶模型和降阶模型。数值仿真算例表明,本文方法具有较高的精度和较好的鲁棒性。     

结构静态拓扑重分析的迭代组合近似方法

提出一种拓扑修改的静态重分析的迭代组合近似方法. 这种方法基本上是两步法. 首先，将新增加的自由度通过Guyan缩减方法凝聚到原始自由度上，形成凝聚方程. 其次， 用迭代组合近似方法求出原始自由度的近似位移，从而求出原结构自由度的位移. 新增加自 由度的位移可以通过恢复得到. 通过板结构的加筋布局优化设计的数值例子表明， 该方法对拓扑修改较大时仍可得到满意的结果.     

Vincent摄动解的收敛上界

本文推证得到了Vincent摄动解与逐次迭代解的一致性,从而由迭代解的收敛性及其收敛上界得到了 Vincent 摄动解的收敛性和收敛上界,同时给出了迭代解的解析特征关系。     

弯曲型剪力墙动力分析的模态摄动法

本文应用直接模态摄动法建立了小开口弯曲型剪力墙和双肢弯曲型剪力墙动力特性近似分析方法,在这一方法中,以等截面均匀悬臂梁的正交模态函数为Ritz展开的基函数,把弯曲型剪力墙看作均匀悬臂梁的局部修改后的新体系,通过模态摄动原理,获得小开口弯曲型剪力墙和双肢弯曲型剪力墙振动模态的半解析解。算例结果表明模态摄动法能够简便地得到精度高的结构动力特性。     

超越摄动:同伦分析方法基本思想及其应用

介绍一种新的、求解强非线性问题解析近似的一般方法------同伦分析方法.该方法从根本上克服了摄动理论对小参数的过分依赖, 其有效性与所研究的非线性问题是否含有小参数无关, 因此,适用范围广.此外, 不同于所有其他解析近似方法,同伦分析方法提供了一个简单的途径, 确保所得到的级数解收敛, 从而获得足够精确的解析近似.而且, 不同于所有其他解析近似方法, 同伦分析方法(HAM)提供了选取基函数之自由, 从而可以选择较好的基函数, 更有效地逼近问题的解.同伦分析方法为非线性问题的解析近似求解提供了一个全新的思路, 为非线性问题(特别是不含小参数的强非线性问题)的求解开辟了一个全新的途径.简要描述同伦分析方法的基本思想, 其在非线性力学、物理、化学、生物、金融、工程和计算数学等领域的应用举例, 以及与摄动方法、Lyapunov 人工小参数法、$\delta$展开法、Adomian 分解法、同伦摄动方法之区别和联系.      

矩阵分块加速迭代法

本文提出一种求解结构静力和动力问题的迭代方法,它将刚度矩阵和质量矩阵分为若干块,然后分块求解,再将得到的解在子空间中进行“综合”,求得原方程的近似解,经迭代收敛于精确解.这一方法所需内存少、收敛快。为小型、微型机求解大型结构提供了实用的方法。     

Pad逼近求解抛物型偏微分方程的并行算法研究

一维抛物型偏微分方程可以用精细积分方法精确求解。当精细积分中的矩阵指数函数用Pad 逼近来代替时 ,可以得到一系列由简到繁、精度由低到高的差分格式 ,因而便于根据实际需要进行选取。常见的求解抛物型方程的差分格式如古典显式格式、隐式格式及六点差分格式为其中的特例。Pad 逼近格式主要包括矩阵运算和线性方程组求解。本文利用 Pad 逼近格式对应的方程组系数矩阵为带状矩阵的特点 ,把原来在整个区域上求解的问题转化为分区域求解 ,在 TRANSPUTER并行机上实现了该问题的并行算法 ,并对该并行算法的时间复杂度进行了分析。算例结果表明 Pad 逼近并行算法有很好的计算效果和并行效率。     

奇异摄动方法在输电线非线性振动问题中的应用

同一系统内部快变量和慢变量的同时存在往往引发相异于一般系统的特殊效应,比如输电线的松弛振荡.本文推导了架空输电线具有初始垂度的非线性动力学模型,发现该模型是具有快慢变量耦合的数学模型,应用求解周期运动的奇异摄动方法,得到系统的近似解析解,考察了快慢变量对系统周期运动的影响规律.结果表明解析解较数值解略微偏小,但仍有很好的吻合度,说明本文结果的有效性和正确性.进一步计算表明,随着摄动方法应用过程中近似次数的增加,两解逐次接近.     

轴对称转动粘弹性简支梁的稳定性分析

建立了轴对称转动粘弹性不可移简支梁的几何非线性动力学模型.应用Laplace变换和摄动法分析了超静定粘弹性杆的平衡解,得到了转动粘弹性梁的预应力平凡平衡态.应用Galerkin和摄动法得到了粘弹性梁平凡解的失稳临界值,分析了梁轴向伸长对失稳临界值的影响;通过极限分析获得了系统的后屈曲稳态近似解,讨论了平凡解二次分岔后的近似稳定吸引域,并数值仿真了系统平凡解失稳后初始挠动向稳态解的演变.本文的大范围稳定性分析发现了粘弹性系统叉式分岔失稳后的平凡态又经二次鞍结点分岔而稳定以及单向跳跃(突变)等不同于弹性系统的现象.     

随机桁架结构几何非线性问题的混合摄动-伽辽金法求解

提出应用混合摄动-伽辽金法求解随机桁架结构的几何非线性问题.将含位移项的随机割线弹性模量以及随机响应表示为幂多项式展开,利用高阶摄动方法确定随机结构几何非线性响应的幂多项式展开的各项系数.将随机响应的各阶摄动项假定为伽辽金试函数,运用伽辽金投影对试函数系数进行求解,从而得到随机桁架结构几何非线性响应的显式表达式.同已有的随机伽辽金法相比,本文所给的试函数由摄动解的线性组合而成,在求解非线性问题时,试函数的获取具有自适应性.数值算例结果表明,对于具有不同概率分布的多随机变量问题,本文方法无需对随机变量的概率分布形式进行转换,避免了转换误差,因而比同阶的广义正交多项式方法 (generalized polynomial chaos, GPC)计算精度高.同时,在结果精度相当时,和GPC方法相比,本文方法得到的试函数系数的非线性方程维度不大,方程的求解工作量小且更易求解.当随机量涨落较大时,混合摄动-伽辽金法计算所得的结构响应的各阶统计矩比高阶摄动法所得结果更逼近于蒙特卡洛模拟结果,显示了该方法对几何非线性随机问题求解的有效性.