双相介质参数反演的遗传算法

研究遗传算法在双相介质材料参数反演中的作用.将一维双相介质在动载荷下的表面位移响应的计算值与实测值进行拟合,以最小方差作为目标函数,把双相介质参数反演问题归结为非线性多峰函数的最优化问题.全局最优解的求解采用多点并行搜索的遗传算法,克服了传统梯度爬山法难于求得全局最优的困难.算例表明了遗传算法的可行性和稳健性.     

重叠网格方法的研究进展

从网格装配和插值计算两个主要方面对现有的重叠网格方法进行了综述。首先,从挖洞方法和建立嵌入网格关系环节的寻点技术出发归纳和介绍了网格装配方法;其次,介绍了数值迭代过程中的插值计算方法,并特别讨论了插值守恒性以及插值计算精度等问题;另外,对重叠网格方法的并行计算和应用成果也作了介绍;最后,通过总结认为重叠网格方法在改进网格装配方法、改善插值和并行计算效率等方面仍需进一步研究。     

THE PROGRESS OF THE OVERLAPPING GRID TECHNIQUES

从网格装配和插值计算两个主要方面对现有的重叠网格方法进行了综述。首先,从挖洞方法和建立嵌入网格关系环节的寻点技术出发归纳和介绍了网格装配方法;其次,介绍了数值迭代过程中的插值计算方法,并特别讨论了插值守恒性以及插值计算精度等问题;另外,对重叠网格方法的并行计算和应用成果也作了介绍;最后,通过总结认为重叠网格方法在改进网格装配方法、改善插值和并行计算效率等方面仍需进一步研究。     

A HYBRID GRANULARITY PARALLEL ALGORITHM FOR PRECISE INTEGRATION OF STRUCTURAL DYNAMIC RESPONSES

Precise integration methods to solve structural dynamic responses and the corresponding time integration formula are composed of two parts： the multiplication of an exponential matrix with a vector and the integration term. The second term can be solved by the series solution. Two hybrid granularity parallel algorithms are designed, that is, the exponential matrix and the first term are computed by the fine-grained parallel algorithra and the second term is computed by the coarse-grained parallel algorithm. Numerical examples show that these two hybrid granularity parallel algorithms obtain higher speedup and parallel efficiency than two existing parallel algorithms.     

多体系统Lagrange方程数值算法的研究进展

Lagrange方法是建立多体系统动力学方程的普遍方法之一, 其方程的形式为常微分方程组或微分-代数方程组,数值计算与数 值分析是研究多体系统动力学特性的重要方法。本文简要介绍了多 体系统动 力学方程的第一、二类Lagrange方程和修正的Lagrange方 程的基本形式及这些方程的正则形式,着重介绍了正则方程在数值 计算中的特点,就多体系统Lagrange方程的隐式算法、辛算法和多 体系统动力学特性的数值分析方法(包括数值仿真、 Poincarè映射 和Lyapunov指数的计算方法)的研究现状进行了综述。     

压电层合板结构振动控制的有限元法

利用有限元方法模拟压电结构的振动控制，从Ｈａｍｉｌｔｏｎ理论出发推导出具有压电传感器及激励器的层合板的电耦合动力方程，应用Ｌｙａｐｕｎｏｖ及负速度反馈控制算来实现振动的控制。     

最优化问题全局寻优的混合遗传算法

把BFGS方法作为一个与选择、交叉和变异平行的算子,嵌入到浮点编码遗传算法中,得到一种基于BFGS方法和浮点编码遗传算法的混合计算智能算法．该方法兼顾了遗传算法和BFGS方法两者的长处,既有较快的收敛速度,又能以非常大的概率求得最优化问题全局解．数值结果表明,混合方法是求解优化问题的一种有潜力的智能算法．     

FAST ALGORITHMS FOR DETERMINING POSITIVE DEFINITENESS OF LARGE SCALE MATRICES IN SOLID STRUCTURE ANALYSIS

对于结构稳定性分析中超大规模矩阵正定性判定,必须采用并行计算方法,传统方法如计算特征值、主子式行列式及LDLT等直接方法难以实现.本文提出了一些可适用于并行的迭代判定算法.借鉴力学系统中能量下降的思想,发展了一种判定矩阵正定性的新思路,即将矩阵的正定性判定问题转化为一个优化问题,并基于优化算法来判定矩阵的正定性.提出了基于最速下降法和共轭梯度法来进行矩阵正定性判定的算法.然后考虑到力学系统刚度矩阵的稀疏性和结构刚失稳状态的弱非正定性,提出可以先截超平面后解方程求驻值点的方法来判定弱非正定矩阵的正定性.为了保证对强非正定矩阵判定的准确性,本文提出可以高效混杂使用截平面法和共轭梯度法.数值实验结果表明,本文提出的算法具有准确性和高效性.对于强非正定矩阵而言,共轭梯度算法更加高效;而对于弱非正定矩阵,则是截平面法和混杂算法更加高效.这些算法都容易在机群上实现并行计算,能够快速判定大规模矩阵的正定性.     

粒子图像测速技术互相关算法研究进展

粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)中采用的互相关算法就是需要从独立 存在的两幅图像通过一定的判别方法得到流场中各点的流速矢量的计算方法. 互相关算法的具体实现步骤包括图像前处理、区域离散、 匹配原则选取、搜索方法选取和变形预测, 最后对结果进行后处理. 文中从上述几个方面总 结了国内外近年来互相关算法的发展过程, 并通过对各种方法精度和效率的比较对其应用发 展进行了归纳.     

THE DETERMINATION OF THE COMPUTATIONAL DEGREES OF FREEDOM OF BAR SYSTEMS1)

为了简化和统一结构力学教材中杆件体系计算自由度$W$的算法,本文提出了“直接法”。该方法以相邻节点间的杆件和结点为分析对象,对于含$m$根杆件、$g$ 个单刚结点和$h$个单铰结点的平面杆件体系,直接法给出计算自由度公式$W=3m-(3g+2h$)。相比于已有方法,直接法研究对象清晰,数学运算统一,适合于编程计算,便于初学者准确而快速计算复杂体系的$W$;也为结构超静定次数的确定提供了一种简单有效的数值算法。     

数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究

为提高位移测量精度而提出的各种亚像素位移测量算法被认为是数字图像相关方法 中的关键技术之一,详细了解已有各算法的性能无疑具有实际意义. 总结文献中3种 最常用的亚像素位移测量算法,首先用无噪声的计算机仿真散斑图对各算法的性能从计算精 度和计算效率两个方面进行了比较研究,并用实际实验图片对其性能做进一步的研究,结果 显示在图像子区大小相同的情况下,基于空域相关函数迭代的牛顿-拉普森方法计算结果最 为精确、稳定.     

FREQUENCY DOMAIN CALCULATION METHOD FOR WIND-INDUCED RESPONSE OF MONOLAYER CABLE NET

以随机振动理论为基础,采用频域法对单层索网结构风振响应进行了研究,主要探讨不同计算方法和空间相干函数的选取等问题对索网结构风振响应的影响. 依据不同的计算方法和空间相干函数,建立了3 种分析模式进行了分析. 分析结果表明：对于频率密集的索网结构,需要考虑模态交叉项对计算结果的影响;空间相干函数的选取对计算结果影响较大,采用与风频率相干的空间相干函数更为合理.     

SELECTION OF OBJECTIVE FUNCTIONS AND APPLICATION OF GENETIC ALGORITHMS IN DAMPING DESIGN OF PIPE SYSTEM

The vibration failure of pipe system of aeroengine seriously influences the safety of aircraft. Its damping design is determined by the selection of the design target, method and their feasibility. Five objective functions for the vibration design of a pipeline or pipe system are introduced, namely, the frequency, amplitude, transfer ratio, curvature and deformation energy as options for the optimization process. The genetic algorithms (GA) are adopted as the optimization method, in which the selection of the adaptive genetic operators and the method of implementation of the GA process are crucial. The optimization procedure for all the above objective functions is carried out using GA on the basis of finite element software-MSC/NASTRAN.The optimal solutions of these functions and the stress distribution on the structure are calculated and compared through an example, and their characteristics are analyzed. Finally we put forward two new objective functions, curvature and deformation energy for pipe system optimization. The calculations show that using the curvature as the objective function can reflect the case of minimal stress, and the optimization results using the deformation energy represent lesser and more uniform stress distribution. The calculation results and process showed that the genetic algorithms can effectively implement damping design of engine pipelines and satisfy the efficient engineering design requirement.     

多体系统动力学碰撞问题研究综述

对近年来多体系统碰撞动力学研究进展进行了评述,包括碰撞动力学建模理论、数值算法和实验方面的进展情况.根据各自不同假设条件将建模方法分为冲量动量法、连续碰撞力模型和基于连续介质力学的有限元方法,比较了各种建模方法在碰撞过程描述和数值性态方面的优势和局限性;对碰撞动力学实验在非接触式测量方面取得的最新进展进行了介绍,总结了实验对以上建模理论的验证研究,展示了实验研究方面的一些新发现.最后基于工程实际的需求提出多体系统碰撞动力学面临的新挑战.      

数字图像相关中的亚像素位移定位算法进展

数字图像相关方法 (DIC) 已经作为一种常用的光学计量有效手段应用于实验力学及其它科学研究和工程应用领域中. 经过 20 多年的发展, 该方法日渐成熟和完善. 作为提高测量精度的亚像素位移定位算法被认为是该方法的关键技术之一. 本文对二维数字图像相关的基本原理及其中为提高测量精度而提出的各种亚像素位移定位算法做了概括性的介绍. 在总结已有研究成果的基础上, 分析了各种方法优缺点. 并对数字图像相关方法的最新进展作了简要介绍, 随着算法精度、效率以及硬件设备性能的提高, 该方法必将会获得更广泛的应用.      

四元数方法及其应用

本文全面地评述了四元数方法及其在现代科学技术中的应用,指出四元数具有其他定位参数和变换算子的综合优点和综合功能,不仅在刚体动力学中有广泛的用途,而且在一般多体系统的力学分析和控制中也有极其广阔的应用前景。      

APPLICATION OF GENETIC ALGORITHM IN PARTICLE SIZE ANALYSIS BY MULTISPECTRAL EXTINCTION MEASUREMENTS

Both dependent and independent model algorithms are designed with genetic algorithm (GA) to retrieve aerosol size data from multispectral extinction measurements. Compared with the traditional dependent model algorithm, e.g., simplex, GA can locate the global optimized solution instead of local ones. As an independent model algonthm, when combined with B-splines, GA gives consistent results with Chahine and Phillip-Twomey-NNLS algorithms. Numerical simulations also show that GA has high stability and good resistance to relatively higher error levels. For a population size of 50 in the present paper, the feasible ranges for genetic operators Pc and pm are found to be [0.01, 0.5] and [0.01, 0.15], respectively, and the generation number Gen_Max should be larger than 250.     

并行计算结构力学的发展和展望

本文简要介绍了结构力学中并行分析方法的发展概况及笔者在这个领域所作的主要工作,并对该领域的未来发展趋势作了展望;指出并行机和并行算法在未来的科学研究和工程分析计算中,必定成为一种重要的工具和必不可少的方法．      

随机和区间非齐次线性哈密顿系统的比较研究及其应用

随着计算机技术的飞速发展,更高效、更稳定和长时间模拟能力更强的数值算法需求迫切.哈密顿系统辛算法与传统算法相比在稳定性和长期模拟方面具有显著优越性.但动力系统中不可避免地存在大量不同程度的不确定性,动力学分析中需要考虑这些不确定性的影响以确保合理有效性.然而,目前考虑参数不确定性的哈密顿系统响应分析的研究基础还比较薄弱.为此,本文考虑随机和区间参数不确定性,对两种不确定性非齐次线性哈密顿系统分析计算结果进行了比较研究,从而突破了传统哈密顿系统的局限性,并应用于结构动力响应评估中.首先,针对确定性非齐次线性哈密顿系统,提出了考虑确定性扰动的参数摄动法;在此基础上,分别提出了随机、区间非齐次线性哈密顿系统的参数摄动法,得到了它们响应界限的数学表达;随后,用数学理论推导得到了区间响应范围包含随机响应范围的相容性结论;最后,两个数值算例在较小时间步长下验证了所提方法在结构动力响应中的可行性和有效性,体现了随机、区间哈密顿系统响应结果之间的包络关系,并在较大时间步长下与传统方法相比较凸显了哈密顿系统辛算法的数值计算优势、与蒙特卡洛模拟方法相比较验证了所提方法的精度.     

LB方法应用实例——水电站水锤计算

建立了模拟水电站水锤的一维ＬＢ模型．通过实例计算与特征线法进行了比较，结果表明ＬＢ方法效果很好，将之引入水电站流场模拟是可行的，值得进一步探讨．