周期电磁波导的能带辛分析

根据电磁波导的Hamilton体系,辛分析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。每段波导可以引入其两端的电磁刚度矩阵。对等截面的平面波导给出了通带和禁带解,又给出了截面突变连接的算法。运用能量原理的区段合并算法以生成波导基本周期的两端电磁刚度阵。此后,运用辛本征解就可对周期结构作出能带分析。     

电磁波导的通过谱计算

将电场和磁场变量构成对偶向量,将电磁波导的基本方程导向Hamilton体系、辛几何的形式。建立电磁波导问题的变分原理,构造电磁辛有限元。通过对本征值问题的求解,确定电磁波导的传播常数。采用主-从控制方法处理不同介质的界面条件。以不同截面形状的波导和部分填充波导为例进行了计算和分析,数值算例表明,辛体系用于电磁波导分析是有效的。辛体系在应用力学中的应用已经取得了很大成功,不同学科之间的交错对于电磁波导的分析是很有利的。     

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．     

基于Hamilton体系的辛半解析法在各向异性电磁波导中的应用

力学中的Hamilton体系使用对偶变量来描述问题，而电磁场正好有电场和磁场这一对对偶变量。本文将力学中的Hamilton体系应用到电磁波导问题。根据电磁波导的Hamilton体系理论，辛几何可用于任意各向异性材料。将横向的电场和磁场构成对偶向量，基于Hamilton变分原理做半解析横向离散，并保持结构辛体系。本文以各向异性材料电磁波导为例，求解了问题的辛本征值，得到了镜像线的色散曲线。     

电磁对偶有限元及在波导计算中的应用

力学中的Hamilton体系采用对偶变量描述问题。电磁场采用电场和磁场两类变量描述问题。将力学中的Hamilton体系引入到电磁场问题中，电场变量和磁场变量构成对偶变量，把频域电磁场的基本方程导向对偶方程形式，建立电磁场有限元所需的对偶变量变分原理，由此推导出电磁对偶有限元。将电磁对偶有限元应用于电磁波导计算中，可确定电磁波导的传播常数。文中给出了用电磁对偶有限元方法，计算矩形波导不同模式对应的传播常数的数值计算结果。     

电磁波导的奇异元与对偶有限元分析

基于电磁波导的对偶变量变分原理以及Hamilton正则方程,将含有奇异性的电磁场问题导入Hamilton体系下进行分析,通过分离变量及共轭辛本征函数向量展开法,构造出可以表征电磁场奇异性的奇异解析元。奇异元的采用克服了普通单元处理含有导电劈和介质楔的波导问题的困难,同时能够方便地与电磁对偶元相结合,保持了有限元方法的灵活性,具有较高的精度。     

径向辛体系一种新的差分格式

通过对Hellinger-Reissner变分原理进行坐标变换,将径向模拟为时间,导向辛体系,得到Hamilton对偶方程组.将微分形式的有限差分法引入弹性力学极坐标系下径向辛体系,把对偶方程组中的微分方程直接改用差分方程代替,推导出极坐标系下问题的辛差分方程,从而得到一种全新的径向辛体系差分格式.求解方程组,可直接得到位移和应力.编程计算曲梁等算例,结果表明该辛差分格式是有效的,丰富了弹性力学辛体系差分法的内容.     

二维非局部线弹性平面问题的辛分析

将二维非局部线弹性理论引入到Hamilton体系下,基于变分原理推导得出了二维线弹性理论的对偶方程和相应的边界条件.在分析验证对偶方程的准确性的基础上,该套方法被应用于二维弹性平面波问题的求解.将精细积分与扩展的W-W算法相结合在Hamilton体系下建立了求解平面Rayleigh波的数值算法.从推导到计算的保辛性确保了辛体系非局部理论与算法的准确性.通过对不同算例的数值计算,分析和对比了非局部理论方法与传统局部理论方法的差别,并进一步指出了该套算法的适用性和优势所在.     

二维Nonlocal线弹性理论的变分原理与对偶方程

基于Eringen提出的Nonlocal线弹性理论的微分形式本构关系,导出了相应的能量密度表达式,进而得到二维Nonlocal线弹性理论的变分原理.利用变分原理导出了对偶平衡方程和相应的边界条件.进而给出了非局部动力问题的Lagrange函数,并引入对偶变量和Hamilton函数,得到了对偶体系下的变分方程.在Hamilton体系下,通过变分得到了二维Nonlocal线弹性理论的对偶平衡方程和相应的边界条件.     

动能梯度环形截面梁的横向自由振动

对功能梯度材料制成的环形截面梁,假设材料的物性参数沿壁厚方向按幂率变化,基于Lagrange函数和Hamilton 原理,建立了该梁横向自由振动的Hamilton 对偶方程组. 采用辛方法求解了Hamilton 矩阵的辛本征问题,得到了简支、两端固定、悬臂和左端固定右端铰支4 种约束的FGM(functionally gradedmaterials)环形截面梁的固有频率和振型函数. 算例给出了这4 种约束的FGM 环形截面梁前8 阶无量纲固有频率随材料体积分数的变化规律,分析了材料体积分数对FGM 环形截面梁固有频率的影响.     

非线性方程的保辛近似算法

保守体系的微分方程可用Hamilton体系的方法描述,其特点是保辛。两个辛矩阵之和不能保辛,两个辛矩阵的乘积仍是辛矩阵。最常用的小参数摄动法用的是加法,因此对辛矩阵不能保辛。从保辛的角度,要用正则变换。本文针对非线性微分方程,运用自变量坐标变换,对原系统进行变换。由此推导出变换后系统的变分原理。引入Hamilton对偶变量,通过数学变换,得到变系数非线性方程。针对该方程,本文提出了保辛摄动算法。通过数值算例,对不同步长下,保辛摄动法、多尺度摄动法、龙格库塔法和精确解的结果做了比较。数值例题表明,对于非线性方程,本文提出的保辛摄动算法有良好的精度。在步长增大的情况下,保辛摄动保持了良好的稳定性。     

横向力作用下悬臂梁固定端应力分布研究

在弹性力学Hamilton体系中,利用解析法,考虑圣维南原理所覆盖的解,对横向力作用下悬臂梁固定端应力分布问题进行研究,并对计算结果进行分析。研究结果表明,辛体系解析法采用对偶的二类变量求解,能很好地处理各种复杂边界条件,并且对此类问题的分析具有优越性,计算精度较高。该方法对其他边界问题的研究也具有指导意义。     

NUMERICAL METHOD BASED ON HAMILTON SYSTEM AND SYMPLECTIC ALGORITHM TO DIFFERENTIAL GAMES

The resolution of differential games often concerns the difficult problem of two points border value (TPBV), then ascribe linear quadratic differential game to Hamilton system. To Hamilton system, the algorithm of symplectic geometry has the merits of being able to copy the dynamic structure of Hamilton system and keep the measure of phase plane. From the viewpoint of Hamilton system, the symplectic characters of linear quadratic differential game were probed; as a try, Symplectic-Runge-Kutta algorithm was presented for the resolution of infinite horizon linear quadratic differential game. An example of numerical calculation was given, and the result can illuminate the feasibility of this method. At the same time, it embodies the fine conservation characteristics of symplectic algorithm to system energy.     

夹层圆柱壳中弹性波传播的辛特性分析

论文研究了正交各向异性夹层圆柱壳中轴对称自由简谐波的传播问题.通过对变量合理的组织变换,将结构本构方程化为状态空间形式,采用分段平均假设得到哈密顿矩阵,进而利用哈密顿系统下的辛数学方法,扩展的Wittrick-Williams算法及精细积分方法,得到各种夹层结构波传播问题的频散关系,并将该方法与多项式方法进行对比,验证了该方法在多孔结构波传播问题中的优越性.     

WKBJ近似保辛吗?

WKBJ短波近似是最常用的有效求解方法之一。保守体系的微分方程可用Hamilton体系的方法描述，其特点是保辛。保辛给出保守体系结构最重要的特性。但WKBJ短波近似却未曾考虑保辛的问题。本文给出验证近似解保辛的条件，并指出WKBJ近似难于保辛。然后给出正则变换的摄动保辛方法。数值例题展示了提出的保辛算法的有效性。