悬索桥颤振稳定性分析的精细时程积分法

研究精细时程积分法在悬索桥颤振稳定性分析中的应用,首先,将 气流整个作为一个系统,组集系统关于模态广义坐标的状态空间方程,然后,应用精细时程积分法计算状态的向量的时程响应,根据状态向量时程响应的对数衰减率判断系统的颤振稳定性,最后,以英国塞文悬索桥为数值算例,验证了本文方法的正确性。     

一类Markov过程的最大绝对值过程概率密度求解的新方法

随机过程或随机系统响应的最大绝对值概率分布往往是科学与工程中关心的重要挑战性问题.本文从理论与数值上进行了Markov过程的时变最大绝对值过程及其概率分布研究.文中,通过引入扩展状态向量,构造了最大绝对值-状态量联合向量过程,由此将不具有Markov性的最大值过程转化为具有Markov性的向量随机过程.在此基础上,通过最大绝对值-状态量之间的关系,建立了联合向量过程的转移概率密度函数.进而,结合Chapman-Kolmogorov方程和路径积分方法,提出了最大绝对值概率密度函数求解的数值方法.由此,可以得到Markov过程最大绝对值过程的时变概率密度函数,可进一步用于结构动力可靠度分析等.通过数值算例,验证了本文所提方法的有效性.该方法有望推广到更一般随机系统的极值分布估计之中.     

一类Markov过程的最大绝对值过程概率密度求解的新方法

随机过程或随机系统响应的最大绝对值概率分布往往是科学与工程中关心的重要挑战性问题.本文从理论与数值上进行了Markov过程的时变最大绝对值过程及其概率分布研究.文中,通过引入扩展状态向量,构造了最大绝对值$\!$-$\!$-$\!$状态量联合向量过程,由此将不具有Markov性的最大值过程转化为具有Markov性的向量随机过程.在此基础上,通过最大绝对值$\!$-$\!$-$\!$状态量之间的关系,建立了联合向量过程的转移概率密度函数.进而,结合Chapman-Kolmogorov方程和路径积分方法,提出了最大绝对值概率密度函数求解的数值方法.由此,可以得到Markov过程最大绝对值过程的时变概率密度函数,可进一步用于结构动力可靠度分析等.通过数值算例,验证了本文所提方法的有效性. 该方法有望推广到更一般随机系统的极值分布估计之中.      

亏损振系广义状态向量灵敏度的移频算法

由于亏损系统的状态向量系线性相关,故无法实现与非亏损系统类似的解耦及控制,这为亏损系统灵敏度分析带来很大困难。针对这个问题本文摒弃一般状态向量系,首先引入广义状态向量及其伴随向量理论,利用它们具有的良好规范正交关系,实现了灵敏度控制方程解耦,其次使用移频技术,实现了亏损系统状态矩阵的广义状态向量的灵敏度分析。该方法可用于求解亏损系统各频段广义特征向量的灵敏度,算法结构紧凑,易于理解和实施。数值算例结果表明,该算法是可行和有效的。     

非粘滞阻尼系统时程响应分析的精细积分方法

考虑一个具有非粘滞阻尼特性的多自由度系统响应的时程分析问题.该非粘滞阻尼模型假设阻尼力与质点速度的时间历程相关,数学表达式体现为阻尼力等于质点速度与某一核函数的卷积.在利用状态空间方法将系统运动方程转换成一阶的状态方程的基础上,采用精细积分方法对状态方程进行数值求解,得到一种求解该阻尼系统时程响应的精确、高效的计算方法.通过两个数值算例表明,采用该方法得到几乎精确的数值计算结果,而且计算效率有成数量级的提高.     

线性时滞系统的离散最优控制

介绍了对线性时滞系统进行最优控制的设计，将具有时滞控制的线性系统离散后引入增广状态向量。获得不显含时滞的差分方程，根据时滞量的两种分类情况采用连续和离散形式的性能指标函数导出了最优控制律。控制律包含当前状态和此前若干步状态向量的叠加，最优控制律直接从时滞方程中得到，可保证系统的稳定性，此方法亦适用于大时滞的情况。数值算例验证了控制策略的有效性。     

冲击作用下含孔洞纤维增强复合材料平板的动力学实验与数值研究

作为复合材料动力学实验与数值研究的应用实例 ,实验研究采用正交异性动态光弹性方法 ,数值分析运用各向异性介质的时域边界元方法。纤维增强光弹性复合材料平板被用来模拟含孔洞的正交异性半无限域 ,用小口径步枪施加与纤维方向成 0及 90两个方向的冲击载荷 ,在正交异性动态光弹性实验中记录了应力波在孔洞周围的传播、反射与绕射过程 ,此过程被进一步转换成应力分量的变化时程 ,并与相应的时域边界元方法的数值分析结果进行了比较。     

两点边值问题的一种精细求解方法

将求解域均匀离散,由状态参量在相邻结点间的精细积分关系式,确定一组代数方程;并将其写成矩阵形式,代入边界条件后,代数方程组的系数矩阵可化为块三对角形式。针对这一特性,给出了一种高效的递推消元算法。由于没有离散误差,该方法具有较高的精度,不仅适用于任意边界的常规两点边值问题,还适用于奇异摄动边值问题。数值算例充分证明了本文方法的精度和效率。     

利用快速子空间跟踪的时变模态参数识别

提出利用一种快速子空间跟踪技术(API)解决基础激励下时变系统的模态参数识别问题。利用指数窗和截断窗更新状态向量及其压缩向量的互相关矩阵,通过正交化确保特征权重矩阵的正交性,推导特征权重矩阵的递推公式。数值仿真时在API方法中加入数据更新速率,利用结构在基础激励下的动力学方程,通过数值方法获得时变系统随机振动响应,仿真结果表明该方法既能保证识别精度,又能减少计算量。     

哈密顿体系在断裂力学Dugdale模型中的应用

利用平面扇形域哈密顿体系的方程，通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法，以解析的方法推导出基于Dugdale模型的平面裂纹弹塑性解析元列式。将该解析元与有限元相结合，构成半解析的有限元法，可求解任意几何形状和荷载平板裂纹的Dugdale模型问题。数值计算结果表明本文方法对该类问题的求解是十分有效的，并有较高的精度。     

空间刚柔性机械臂振动的精细控制

本文在双连杆空间柔性机械臂系统非线性动力学方程的基础上,运用线性二次型（LQ）最优控制方法讨论了机械臂消除残余振动的控制问题。本文重点在于系统计算过程中,放弃了传统的差分类算法,对时变控制系统,引入时程精细积分方法,由于精细积分方法在有限的时间步长内又进行了更精细的划分,同时避免了差分法的许多计算障碍,使得该计算方法具有计算精度高及数值计算无条件稳定等特点。文中针对双连杆空间柔性机械臂系统这一典型结构,给出了其精细控制律,以说明精细积分法的优越性。     

Efficient second‐order time integration for single‐species aerosol formation and evolution

The dynamics of a single‐species aerosol composed of droplets in air is described in terms of nucleation, evaporation, condensation, and coagulation processes. We present a comprehensive overview of the Euler–Euler formulation, which gives rise to a model in which fast nucleation that initiates aerosol droplets co‐exists with comparably slow condensation. The latter process is responsible for the subsequent growth of the droplets. To accurately represent the dynamical consequences of the fast nucleation process, while retaining numerical efficiency, a new second‐order time‐integration method for the nucleation, evaporation, and condensation processes is proposed and analyzed. The new time‐integration method takes the form of a ‘corrected Euler forward’ method. It includes rapid nucleation bursts and their possible cessation within a time step Δt. If the current nucleation burst persists for longer than the next time step, it is included fully, whereas cessation of the nucleation burst within the next Δt implies corrections to the effective rates in the algorithm. The identification of these two situations corresponds to the physical mechanism by which nucleation of a supersaturated vapor is halted because of the progressing condensation onto the already formed droplets. The resulting time‐integration method is shown to be second‐order accurate in time, whereas the computational costs per time step were found to be increased by less than 25% compared with the Euler forward method. The new method is also applied in combination with advective transport of the aerosol forming vapor to investigate a front of rapid nucleation. Adopting robust first‐order upwinding for the spatial discretization, we arrive at a flexible method that shows an overall first‐order convergence in Δt. For the full, spatially dependent system motivated by an aerosol of water droplets in air, the computational benefits of the new time‐integration method over the Euler forward scheme, are a factor of about 10 improvements in accuracy at a given Δt and a similar factor in computing time when keeping the same level of accuracy. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于多重多级动力子结构的瞬态分析方法

提出利用多重多级子结构技术与Newmark算法求解结构动力学方程的高精度算法.该算法利用静凝聚技术列式简单,在凝聚过程中并不引入任何近似的优点,采用子结构周游树技术,分别对每个子结构求解Newmark等效平衡方程,最后通过回代求解得到整体结构的响应.由于该算法考虑了子结构内部自由度对整体求解的贡献,算法实施不受子结构划分方式的限制,因此可以得到系统高阶模态对响应分析的影响.该算法计算精度与传统的全结构求解相当,计算效率高,消耗计算机资源少,且可构造为统一的多重多级子结构综合分析算法框架.数值算例验证了该算法的正确性和有效性.     

一种广义精细积分法

提出了求解非齐次动力方程特解的一种精细数值积分法,该方法与通解 精细积分法具有相同精度. 首先选取一个积分形式的非齐次方程特解,将积分区域划分为 2$^{N}$份,并对之进行精细的数值积分;然后针对载荷为多项式、指数函数及三角函数的情 况,将积分求和转化为一个递推过程,按此只需$n$次矩阵乘法就能计算出积分和,从而得到 非齐次方程的特解. 该方法的优点是能与通解的精细积分过程有机地结合起来,具有极高的 精度和效率,同时还具有较广泛的适用范围. 算例结果证明了该方法的有效性.     

Precise control for vibration of rigid–flexible mechanical arm

In the present paper, based on the nonlinear dynamic equation of spacial flexible mechanical arm with dual-link bar, the method of linear quadratic control is used to eliminate the remain vibration of mechanical arm. In the process of computation, the traditional differential algorithm is replaced by the time integration method. Because of taking the more precise time-intervals in the given time-interval and avoiding a lot of computational difficulties, the method of this paper has the characteristics of high precision and unconditional stable. For a typical structure, the precise control law is obtained and the advantages of the algorithm in this paper are shown.     

An adaptive algorithm of precise integration for transient analysis

This paper presents an improved precise integration algorithm for transient analysis of heat transfer and some other problems. The original precise integration method is improved by means of the inverse accuracy analysis so that the parameterN, which has been taken as a constant and an independent parameter without consideration of the problems in the original method, can be generated automatically by the algorithm itself. Thus, the improved algorithm is adaptive and the accuracy of the algorithm is not dependent on the length of the time step in the integration process. It is shown that the numerical results obtained by the method proposed are more accurate than those obtained by the conventional time integration methods such as the difference method and others. Four examples are given to demonstrate the validity, accuracy and efficiency of the new method. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19872016, 19872017), the National Key Basic Research Special Foundation (G1999032805) and the Foundation for University Key Teachers by the Ministry of Education of China.     

精细积分法在迷宫密封转子系统非线性动力学特性计算中的应用

基于Muszynska密封力模型,建立了迷宫密封转子系统的非线性动力学模型,将精细积分法推广应用于非线性情况,计算了迷宫密封不平衡转子系统的动力学特性,依据Floquet理论讨论其分岔特性。研究表明：在2^N类算法计算指数矩阵基础上提出的精细积分法和传统的数值计算方法相比,其精度高,在分析中通过取不同步长计算对比,表明该方法在某些情况下可以采取较大时间步长,有效提高了计算速度。     

结构动力响应精细时程法的一种并行算法

结构动力响应精细时程法的并行算法分为两类：基于特解的并行算法和基于直接积分法的并行算法;后者因为不需知道荷载的具体形式而更具应用价值。精细时程法的时程积分由齐次方程的通解和非齐次项的积分构成,基于直接积分法的并行算法很好地并行了非齐次项的积分,而对通解项采用串行计算。设计了一种不均衡步数的负载分配策略,能够减少处理器等待自身初值的时间,相对均衡步数的分配策略,能够获得更高的加速比,给出了相应的证明和算例验证。     

广义Hamilton(控制)系统的离散梯度积分法

对于广义Hamilton系统及广义Hamilton控制系统，基于能量的Hamilton函数，用离散梯度方法给出了系统保持Hamilton函数特征的数值解法，证明了积分方法可有效地保持Hamilton函数随时间的变化率。通过算例说明了本文方法的有效性。     

一种基于遗传模糊推理的自适应容错滤波算法

针对常规卡尔曼滤波在组合导航中容错性不足的问题,提出了一种基于遗传模糊推理的自适应容错滤波算法。首先建立了基于模糊推理的自适应滤波模型,利用模糊推理系统的输出对组合导航系统的量测噪声实时进行调整,以实现状态的精确估计,进而达到容错目的。接着利用自适应遗传算法对模糊推理系统的隶属度函数参数进行了优化,提高了系统的输出精度,改进了传统模糊建模中系统精度取决于专家知识是否完备的问题。最后以SINS/GPS组合导航系统为平台进行了仿真,并在系统工作中间时刻引入量测噪声故障。验证结果表明遗传模糊推理自适应滤波算法比常规卡尔曼滤波具有更强的容错能力和总体精度,在仿真中,平均位置和速度均方根误差分别降低了20.87%和41.94%。