Mindlin板动力学问题的Hamilton体系及其辛解法

本文通过对混合能变分原理的修正，建立了Ｍｉｎｄｌｉｎ板动力学问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程，并采用共轭辛正交归一关系给出固有频率分析的精确解。     

考虑剪切效应层合板的Hamilton体系及辛几何方法

基于ＹＮＳ层合板理论,通过对混合能变分原理的修正,建立了层合板问题的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程。在辛几何数学框架下,采用共轭辛正交归一关系给出精确解。并与经典层板理论进行了比较。     

非线性Schrdinger方程的保辛数值求解

首先将非线性Schrdinger方程化为Hamilton正则方程形式,而后建立Hamilton体系下的变分原理。再用有限元法离散空间坐标,同时对时间坐标进行精细积分,最后运用混合能变分原理,提出非线性Schrdinger方程保辛数值解法。这种解法在保辛的同时,可以让能量和质量在积分格点上亦全部达到守恒。数值算例验证了该方法的有效性。     

Reisner板的哈密尔顿体系及其辛正交解析法

基于Ｒｅｉｓｎｅｒ板理论，通过对混合能变分原理的修正，建立了更一般的哈密尔顿型广义变分原理，并给出了Ｒｅｉｓｎｅｒ板问题的哈密尔顿正则方程及其共轭辛正交解析法     

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。     

SEMI-ANALYTICAL SOLUTION FOR TWO KINDS OF DELAMINATION MODELS OF LAMINATED CYLINDRICAL SHELLS

为了研究层合壳脱层,本文首先建立了柱坐标系下Hamilton 正则方程的8 节点等参元列式;然后分别采用了"先分后合" 模型和"弱粘接" 模型对开口壳的脱层损伤进行了模拟;通过利用层间的力学关系建立了整个壳的求解方程;最后分别从粘接完好和脱层两类情况对开口壳进行研究,并计算脱层前缘裂纹扩展的能量释放率. 数值实例的分析结果表明环向脱层受外载荷影响大于轴向脱层外载荷影响,脱层深度对两类脱层模型影响较大.     

弹性地基上矩形薄板问题的Hamilton正则方程及解析解

利用辛算法求出弹性地基上矩形薄板问题的解析解,将弹性地基视为双参数弹性地基,直接从弹性矩形薄板的控制方程推导出了问题的Hamilton正则方程,为求出任意边界条件下问题的理论解奠定了基础,并且通过算例验证了文中所采用方法的正确性．     

矩形空腔内Stokes流的状态空间有限元法

基于Hellinger-Reissner二类变分原理,从平面Stokes流问题的平衡方程、连续性要求和边界条件出发,得到相应的Hamilton函数,建立Hamilton正则方程后,采用分离变量法对场变量进行离散求解:在x方向采用有限元插值,在y方向采用状态空间法给出控制坐标方向的解析解。计算过程中的指数矩阵均采用精细积分法求解,使得本文算法具有高效率、高精度、对步长不敏感的优点。通过对侧边自由液面边界条件的单板驱动矩形空腔Stokes流问题的求解,得到与文献相同的结果,从而验证了本文方法的有效性。本文旨在将弹性力学状态空间有限元法的思想引入到低雷诺数流体力学中,为Hamilton体系下研究复杂边界Stokes流问题提供新的途径。     

厚板弹塑性混合状态Hamiltonian元的半解析法

采用初应力法并通过对增量形式Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理的修正，给出了厚板弹塑性分析的Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程及其相应的半解析法。此法在厚板平面内采用通常的有限元离散，而沿板厚方向采用状态空间法给出半解析解答。     

弹性力学Hamilton方法广义解的适定性

首先引入了Hamilton体系中平面应力弹性力学问题正则方程的Galerkin变分方程,证明了Galerkin变分方程和目前文献中所用的Ritz变分方程的等价性,以及相应广义解的适定性,从而为目前的数值方法提供了理论基础。从证明过程中可以看到广义解实际上是Ritz变分泛函的一个鞍点。     

THE MIXED STATE HAMILTONIAN DYNAMIC ELEMENT AND A SEMI-ANALYTICAL SOLUTION FOR THE ANALYSIS OF THICK LAMINATED COMPOSITE PLATES

Through introducing the Laplace transformation in the time direction,the mixed state Hamilton canonical equation and a semi-analytical solution arepresented for analyzing the dynamic response of laminated composite plates.Thismethod accounts for the separation of variables,the finite element discretization can beemployed in the plane of laminar,and the exact solution in the thickness direction isderived by the state space control method.To apply the transfer matrix method,therelational expression at the top and bottom surface is established.So the generalsolution in transformation space is deduced by the spot method.By the application ofinversion of Laplace transformation,the transient displacements and stresses can bederived.     

弹性体的正则方程和加筋板的固有频率分析

应用弹性力学的Hamilton正则方程理论和其半解析法，为整体加筋板的固有频率分析提出了一种新颖的数学模型. 采用同一种平面元素离散板和加强筋，并分别建立板和加强筋的线性方程组. 考虑到板和加强筋连接界面上应力和位移的连续性，联立板和加强筋的方程得到全结构的方程组和求解固有频率的特征方程. 主要优越性表现为：结构的旋转惯性、剪切变形等都得到了考虑，且不限制结构的板厚度和加强筋的高度. 多个数值实例的收敛分析和结果证明了方法是可靠的. 该方法很容易被修改用来分析加筋壳、加筋压电材料层合板或带有压电材料传感器和驱动器块的板壳问题.     

An exact symplectic solution for the dynamic analysis of shear deformable antisymmetric angle-ply laminated plates

From the mixed variational principle, by the selection of the state variables and its dual variables, the Hamiltonian canonical equation for the dynamic analysis of shear deformable antisymmetric angle-ply laminated plates is derived, leading to the mathematical frame of symplectic geometry and algorithms, and the exact solution for the arbitrary boundary conditions is also derived by the adjoint orthonormalized symplectic expansion method. Numerical results are presented with the emphasis on the effects of length/thickness ratio, arbitrary boundary conditions, degrees of anisotropy, number of layers, ply-angles and the corrected coefficients of transverse shear.     

Hamilton体系下介电弹性体圆形薄膜的动力学建模与辛求解

采用辛算法研究了Hamilton体系下介电弹性体圆形薄膜的动力学响应。首先,将该问题引入Hamilton对偶变量体系,借助Legendre变换,给出系统的广义动量和Hamilton函数,通过对Hamilton函数作用量的变分,得到Hamilton体系下的正则方程。其次,对于得到的正则方程给出了辛Runge-Kutta的计算格式。最后,采用二级四阶辛Runge-Kutta算法对动力学系统进行了数值求解,和四级四阶经典Runge-Kutta算法进行对比,结果表明,二级四阶辛Runge-Kutta算法具有保能量以及长时间数值稳定的优势,同时说明四级四阶经典Runge-Kutta算法对于步长依赖的局限性。     

位移浅水内孤立波

研究两层浅水系统中的内孤立波,该系统由两层常密度不可压缩无黏性水组成。利用Lagrange坐标和Hamilton原理,推导了两层浅水系统的位移浅水内波方程,并进一步导出了两层浅水系统的位移内孤立波解。数值实验表明,位移内孤立波与经典的KdV内孤立波吻合很好,说明Lagrange坐标和Hamilton方法适用于内波分析,可以为构造内波分析的保辛方法提供一种途径。     

三维时间-空间混和有限元

基于分析动力学与分析结构力学在数学理论上的一致性,在有限元分析方面,同时对时间、空间坐标离散组成混和的时空有限元网格.然后利用Hamilton变分原理,取一次变分为零,导出三维混和元列式;混和元列式矩阵的对称性,保证了混和有限元保辛的性质.数值例题表明,时-空混和有限元能灵活地处理多尺度波动问题和变动边界问题.     

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。     

各向异性弹性力学问题Hamilton正则方程的一般形式

本文从修正后的Ｈｅｌｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ变分原理出发，导出了由２１个弹性常数组成的各向异性材料的混合方程，井证明它们即是Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则方程。由该统一形式还给出了角铺设材料和正交各向异性材料的Ｈａｎｉｌｔｏｎ正则形式。     

约束Hamilton系统的积分因子及其守恒量

本文提出了约束Hamilton 系统守恒量构成的一般途径．首先,给出了约束Hamilton 系统的固有约束,并且建立了约束Hamilton 系统正则方程;其次,给出了约束Hamilton 系统的积分因子和守恒量定理;然后构建了约束Hamilton 系统的广义Killing 方程;最后举例说明其应用．显然,这种方法与之前的方法相比较,具有步骤清晰明了、限制条件少、运算简单的优点．