基于降阶模型和数据驱动的动态结构数字孪生方法北大核心CSCD

针对受动载荷作用的结构,提出了一种基于降阶模型库和机器学习数据驱动的数字孪生构建方法.首先根据物理结构服役过程中可能出现的损伤状态,采用有限单元法建立高保真有限元模型.其次采用Krylov子空间模型降阶方法对模型进行降阶,建立了物理结构各种状态下的降阶模型,形成模型库.最后利用随机森林机器学习算法训练获得模型选择器,通过物理结构上传感器的数据推断当前物理结构的状态,驱动数字孪生体跟随物理结构一同演化.设计制作了一个框架结构物理模型,模拟了结构不同位置损伤及不同损伤程度,验证了提出的数字孪生构建方法.     

基于平均数的椭圆周长近似公式

椭圆是圆锥曲线之一,在工程制图与机械加工中,常常需要计算椭圆的周长.本文利用调和平均数构造了一个近似计算椭圆周长的公式,并结合算术平均数、几何平均数以及均方根平均数方法,通过加权组合得到一个形式简单的高精度近似公式.数值实例验证了该公式的有效性.     

阶梯圆柱形耦合声场的特征正交-里兹法建模及声学特性分析

针对阶梯圆柱形耦合声场建模问题,提出基于特征正交-里兹能量原理的声学建模方法.该方法利用二维特征正交多项式和周向傅里叶级数表征阶梯圆柱形耦合声场子分段的声压函数,从能量角度考虑邻近子声场间声学连续性条件,并结合里兹法获得耦合声场的声学特性.基于本建模方法对不同分段的耦合声场开展声学特性分析,结果表明,本建模方法在保证计算准确性的基础上有效提高了计算效率,且对任意阶梯分段的圆柱形耦合声场普遍适用;圆柱形耦合声场固有频率会随着腔体外径增大而普遍增大,而腔深的影响规律相反;降低声学边界阻抗可抑制声学响应幅值,为此类声场的噪声控制提供了设计依据.     

科研实验能力导向的数学实验实践与探索

针对目前数学实验课程与学生科研问题之间存在"最后一公里"问题,本文通过在研究生数学实验课程实验环节进行科研实验教学探索和实践,将数学实验课程的实践内容直接与学生的研究课题对接起来,着力培养学生的创新意识并提高其科研实验能力.     

波纹板结构动力学建模及其自由振动特性分析

波纹板结构是高速列车中较为常见的型材结构,因其具有轻质、高强度和高稳定性等一系列优点,所以广泛应用于车体结构轻量化设计。首先,基于一阶剪切变形理论和中厚壳(圆弧壳)理论,采用微分求积有限元法(DQFEM)建立一般边界条件下五自由度波纹板结构的通用动力学分析模型;紧接着对五自由度波纹板结构动力学模型进行收敛性验证,确定最佳微分节点数和惩罚因子的取值;然后,采用有限软件(ABAQUS)验证了建立模型的准确性;最后根据已建立模型,研究波纹板结构参数对其振动特性的影响。结果表明,波纹板结构厚度和固支边界条件会增加其固有频率,提高波纹板结构的稳定性,使得共振频率向高频移动;增加波纹板结构长度、参与耦合圆弧壳半径和参与耦合圆弧壳弧度会降低其固有频率,使得共振频率向低频移动。     

功能梯度圆柱壳-内声场耦合系统振声预测

针对功能梯度(FGM)圆柱壳与其内声场的振声特性分析需求，采用特征正交-里兹法研究圆柱壳厚度、材料梯度指数、边界支撑刚度、阻抗边界和简谐力位置等因素对振声系统的影响。圆柱壳的位移及内部声压变量通过特征正交多项式与周向傅里叶谐波函数构建，并以声压做功的方式考虑结构与声场之间耦合条件，进而结合里兹法得到耦合系统的振声模态和稳态响应。研究表明，由该模型所得到的数值解与文献及有限元结果具有较好的一致性。对参数的研究发现，壳体厚度、梯度指数、边界刚度、阻抗边界和激励位置等对振声系统的耦合特性均有较为明显影响，这为该类结构的低噪声设计及其内部声场优化提供了有益的参考。