自由度缩聚的柔度损伤诊断法

为了提高结构在模型自由度缩聚情况下的损伤识别结果的精度，本文推导了基于改进Guyan 缩聚法的结构振动方程式．通过求解振动特征方程，利用其特征值和特征向量构建结构缩聚后的柔度矩阵表达式，并引入结构缩聚后的柔度曲率矩阵差和柔度曲率矩阵变化率两个损伤指标，将引入的新损伤指标应用于平面桁架的损伤识别．研究表明：不管是单损伤还是多损伤，仅仅需要一阶模态参数，利用其引入的新损伤指标就可以精确地识别出损伤杆单元位置．即使在高强度噪音的影响下，也保证了其损伤识别结果的精确性．验证了本文基于改进的Guyan 缩聚法推导出的损伤指标具有较好的损伤定位性能和较高的抗噪性能．     

AN IMPROVED IRS METHOD FOR STRUCTURE MODEL CONDENSATION1)

模型缩聚法在结构的静力和动力特性分析中有着广泛的应用。应用模型缩聚法,可以有效降低结构的有限元计算规模,节省计算时间和成本,并能获得和实验测量自由度相匹配的有限元模型。本文在改进模型缩聚方法(improved reduced system, IRS)的基础上,提出一种考虑二阶惯性量的改进IRS方法,有效改进了IRS方法的计算精度,和模型缩聚迭代法(iterated IRS, IIRS)相比,此方法计算量更小且计算精度更高。以桁架结构和框架结构为例对所提二阶IRS方法进行了验证,并将计算结果与精确值、Guyan缩聚解、IRS缩聚解和IIRS缩聚解进行了比较,结果表明了所提方法计算精度最好,具有良好的工程应用前景。     

改进Guyan～递推减缩技术

本文基于广义逆技术和逐级逼近思想,既建立了精度显著提高的改进Guyan减缩法,又提出了“物理型”近似减缩技术方面精度最好的准动态k级速推减缩公式,然而这些方法的执行时间却与其它“同一级”方法大抵相同．因此说,本方为工程界提供了至今综合效果最好的一类准动态模型减缩技术。     

损伤识别一种改进的残余力向量法

提出了一种改进的残余力向量法用于工程结构损伤识别.分析了利用结构有限元模型缩聚技术给残余力向量法所造成的误差,提出了一种改进的残余力向量法.以平面桁架结构为算例,比较了改进方法与原方法的损伤识别结果.结果表明,改进的方法合理可靠、精度高.     

模态局部化及频率曲线转向现象研究的几何理论

根据复平面映射理论，详细讨论了结构振动系统的固有频率曲线在复平面的几何特点．研究表明，频率曲线重合和转向现象实际上可进行统一的几何描述．复参数平面中支点的形成是解释局部化现象和曲线转向现象的基础．利用近频摄动理论中的缩聚方法将系统降维，大大拓宽了这一几何方法的使用范围．计算实例验证了理论分析所得的结果．该文是对Ｍ．Ｓ，Ｔｒｉ－ａｎｔａｆｙｌｌｏｕ等近期工作的改进与推广．     

用动态缩聚法求解结构的特征值问题

基于逐级逼近思想提出了一种新的动态缩聚法。保留和压缩的自由度通过一个缩聚矩阵联系，最初的缩聚矩阵由系统子矩阵定义。用循环的方法逐级逼近特征值及特征向量。计算实例验证了上述方法的可行性。     

一种新的有限元模型移频动力缩聚法

将矩阵幂迭代法与移频技术相结合,建立了一种新的结构动力缩聚方法.该方法首先应用矩阵幂迭代法对结构的初始有限元模型进行一次缩聚,计算初始缩聚模型的特征值,然后通过判断低阶特征值的收敛情况确定移频位置,选择合适的移频值,建立移频后的广义特征方程;再根据矩阵幂迭代法迭代计算新的广义特征方程的动力缩聚矩阵,经迭代收敛后得到精确...     

一种有限元模型动力缩聚移频迭代法

提出了一种基于矩阵广义逆的有限元模型动力缩聚移频迭代方法,该方法首先直接从原系统特征方程出发,导出反映系统主,副自由度之间位移关系的动力缩聚矩阵的控制方程,然后给出了相应的迭代求解方法和收敛准则。为了减少求矩阵广义逆的计算工作量,本文给出了一种替代方法,把对一个高阶满阵求逆转化为对一个同阶高度稀疏矩阵求逆。与已有的动力缩聚迭代法相比,本文提出的方法具有两个显著的优点：其一是迭代收敛速度高,其二是通     

近场动力学与有限元方法耦合求解热传导问题

求解含裂纹等不连续问题一直是计算力学的重点研究课题之一,以偏微分方程为基础的连续介质力学方法处理不连续问题时面临很大的困难.近场动力学方法是一种基于积分方程的非局部理论,在处理不连续问题时有很大的优越性.本文提出了求解含裂纹热传导问题的一种新的近场动力学与有限元法的耦合方法.结合近场动力学方法处理不连续问题的优势以及有限元方法计算效率高的优势,将求解区域划分为两个区域,近场动力学区域和有限元区域.包含裂纹的区域采用近场动力学方法建模,其他区域采用有限元方法建模.本文提出的耦合方案实施简单方便,近场动力学区域与有限元区域之间不需要设置重叠区域.耦合方法通过近场动力学粒子与其域内所有粒子(包括近场动力学粒子和有限元节点)以非局部方式连接,有限元节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用.将有限元热传导矩阵和近场动力学粒子相互作用矩阵写入同一整体热传导矩阵中,并采用Guyan缩聚法进一步减小计算量.分别采用连续介质力学方法和近场动力学方法对一维以及二维温度场算例进行模拟,结果表明,本文的耦合方法具有较高的计算精度和计算效率.该耦合方案可以进一步拓展到热力耦合条件下含裂纹材料和结构的裂纹扩展问题.     

多级动态子结构系统的子空间迭代法

本文提出了一种用于多级子结构系统振动分析的特征对算法。基本思想是把子空间迭代技术推广到任意多级子结构系统中,使子空间迭代与结构树周游相结合,推导出了一套基于Guyan静态凝聚算式的动态子结构方法。其特点为:1,不引入任何近似条件,从方法上讲是精确解;2,不受子结构划分的任何限制,完全适用于任意多级多支的子结构系统。     

An improved time integration scheme based on uniform cubic B-splines and its application in structural dynamics

A time integration algorithm for structural dynamic analysis is proposed by uniform cubic B-spline functions. The proposed algorithm is successfully used to solve the dynamic response of a single degree of freedom(SDOF) system, and then is generalized for a multiple-degree of freedom(MDOF) system. Stability analysis shows that, with an adjustable algorithmic parameter, the proposed method can achieve both conditional and unconditional stabilities. Validity of the method is shown with four numerical simulations.Comparison between the proposed method and other methods shows that the proposed method possesses high computation accuracy and desirable computation efficiency.     

Linear and Nonlinear Algorithms for Stress Separation in Photoelasticity

An experimental-numerical hybrid method for the stress separation in photoelasticity is proposed in this study. In the proposed method, boundary conditions for a local finite element model, that is, tractions along boundaries are inversely determined from photoelastic fringes. Two algorithms are proposed for determining the boundary condition. One is a linear algorithm in which the tractions are obtained by the method of linear least-squares from both principal stress difference and principal direction. Another is the nonlinear algorithm in which the tractions are determined only from the principal stress difference. After determining the boundary conditions for the local finite element model, the stresses can be obtained by finite element direct analysis. The effectiveness is demonstrated by applying the proposed method to a perforated plate under tension and contact problems. Results show that the boundary conditions of the local finite element model can be determined from the photoelastic fringes and then the individual stresses can be obtained by the proposed method. Furthermore, the stresses can be evaluated even if the boundary condition is complicated such as at the contact surface. It is expected that the proposed method can be powerful tool for stress analysis.     

Elliptic averaging methods using the sum of Jacobian elliptic delta and zeta functions as the generating solution

The present paper describes an improved version of the elliptic averaging method that provides a highly accurate periodic solution of a non-linear system based on the single-degree-of-freedom Duffing oscillator with a snap-through spring. In the proposed method, the sum of the Jacobian elliptic delta and zeta functions is used as the generating solution of the averaging method. The proposed method can be used to obtain the non-odd-order solution, which includes both even- and odd-order harmonic components. The stability analysis for the approximate solution obtained by the present method is also discussed. The stability of the solution is determined from the characteristic multiplier based on Floquet’s theorem. The proposed method is applied to a fundamental oscillator in a non-linear system. The numerical results demonstrate that the proposed method is very effective for analyzing the periodic solution of half-swing mode for systems based on Duffing oscillators with a snap-through spring.     

发动机流道气动分析的上下游边界替代降阶模型

为了解决航空发动机流道内上下游干涉带来的计算量大的问题,提出了一种边界替代降阶模型方法。该方法辨识出研究流域与相邻的上下游流域交界面的气动力降阶模型,并耦合到该研究流域仿真模型的交界面上,用以表征上下游对该流域的影响,由此将多流域计算转化为单流域计算,同时又考虑了上下游的影响。采用一阶Volterra级数降阶模型实现了该方法。结果表明,采用本文方法和所有流域都采用CFD得到的压力和速度一致;本文方法所用的网格更少,可以加速收敛和提高计算速度。     

Constrained parameter-splitting perturbation method for the improved solutions to the nonlinear vibrations of Euler–Bernoulli cantilevers

In this paper, a new method named constrained parameter-splitting perturbation method for improving the solutions obtained from the parameter-splitting perturbation method is proposed for solving the problems in some extremal cases, such as the strongly nonlinear vibration of an Euler–Bernoulli cantilever. The proposed method takes the advantages of both the perturbation method and the harmonic balance method. The idea is that the solution obtained by the parameter-splitting perturbation method is substituted into the equation of motion and then the accumulative error of the equation is minimized for determining the unknown splitting parameters under the constraints constructed under the frame of harmonic balance method. The forced vibration of an oscillator with cubic geometric nonlinearity and inertia nonlinearity and the forced vibration of a planar microcantilever beam with a lumped tip mass are studied as examples to reveal the efficacy of the proposed method. The inspection of the steady-state response including its stability is conducted by means of comparing the frequency-response curves obtained by the proposed method with those obtained by the numerical continuation method and harmonic balance method, respectively, to show the efficacy and the advantages of the proposed method. Meanwhile, the nonlinear ordering effect on the solutions of the proposed method is also studied by comparing the results obtained by using different nonlinear orderings in the systems. In the last, we found through convergence examinations that it is necessary to have corrections to the erroneous solution which are obtained by harmonic balance method and Floquet theory in stability analysis.

     

基于重力场特征参数信息熵的适配区选择方法

针对当前重力统计特征参数类别繁多,选择标准复杂而导致错选有效匹配区域的问题,利用信息熵具有能够整合多种统计参数且算法计算量小的特点,提出了一种基于特征参数信息熵的重力辅助导航适配区的选择方法。首先,在DTU10模型下将该方法与传统单一特征参数的方法进行比较,确定了传统方法的确会错误选择可匹配区,从而也反映了所提出方法的优越性;其次,在该方法划分出的匹配区和非匹配区中分别设计了8条仿真航线,匹配区中仿真航线的匹配效果明显优于非匹配区中的匹配效果。仿真结果表明了该方法的有效性。     

AN APPLICATION OF THE CBS SCHEME IN THE FLUID-MEMBRANE INTERACTION

提出了一种不可压缩流体与弹性薄膜耦合问题的特征线分裂有限元解法. 首先, 给出了流场和结构的控制方程. 然后, 对流场、结构以及流固耦合的具体求解过程进行了描述. 其中, 流场求解采用改进特征线分裂方法和双时间步方法相结合的隐式求解方式, 并利用艾特肯加速法对每个时间步的迭代收敛过程进行了加速处理;结构部分的空间离散和时间积分分别采用伽辽金有限元方法和广义方法, 并通过牛顿迭代法对所得非线性代数方程组进行了求解;流场网格的更新采用弹簧近似法;流场、结构两求解模块之间采用松耦合方式.最后, 采用该方法对具有弹性底面的方腔顶盖驱动流问题进行了求解, 验证了算法的准确性和稳定性.此外, 计算结果表明艾特肯加速法可以显著地提高双时间步方法迭代求解过程的收敛速度.     

大规模并行结构动力分析分层计算方法

多核分布式存储超级计算机的兴起为大规模并行结构动力分析提供了强有力的计算工具。根据多核分布式计算环境的特点,提出了一种大规模并行结构动力分析分层计算方法。该方法在传统隐式动力分析的区域分解法的基础上,利用两级分区和两次缩聚策略进行求解。不但通过进一步缩减求解问题规模有效提高了界面方程的收敛速度,而且通过三层并行计算有效提高了通信效率。该方法并不对有限元模型引入近似,属于精确的动力子区域分层计算方法。典型数值算例表明,该方法计算精度与商业软件ANSYS完全法求解精度相当;同传统区域分解法相比,该方法能够获得较高的并行计算性能。     

可靠性灵敏度函数及其特征指标的条件概率模拟求解方法

可靠性分析中基本变量分布参数为区间均匀变量时,失效概率为分布参数的函数。基于条件概率马尔科夫链模拟,提出了一种可靠性灵敏度函数的求解方法,并提出了一种新的可靠性灵敏度度量指标,它为参数可靠性灵敏度函数在参数空间上的期望。文中推导了线性极限状态正态变量下全局灵敏度函数及新指标的计算式.并提出了高效的基于条件概率马尔科夫链...     

连体结构基于时域显式法的瞬时最优控制算法

本文针对受到非平稳地震激励作用下的连体结构提出一种基于时域显式法的瞬时最优控制算法。该算法可以利用有限元模型施加脉冲荷载快速建立受控模型,可以避免系统状态部分可观测的问题,而且可以根据需要单独调控子结构受控效果的优点。一连体高层建筑结构算例用来说明该算法,并将该算法与传统瞬时最优控制算法比较,结果表明本文算法具有良好的控制效果。