一类带高频耗散的动力学显式算法

带数值耗散的算法因其能有效过滤虚假高频响应的影响而备受关注。基于离散控制理论Z变换,提出一类带数值耗散的结构动力学显式算法。该算法采用CR法的速度和位移递推式,满足零振幅衰减率,且对线性系统和非线性刚度软化系统为无条件稳定,对刚度硬化系统则是条件稳定的;该算法由单个参数ρ控制数值耗散能力。通过对振幅衰减和周期延长的理论分析表明,系数a可调节算法的精度和非线性稳定区间,给出精度最优时系数的取值。对特定的系数取值该算法可转变为CR法。通过算例对线性系统和非线性系统的分析验证了新算法具有良好的精度、稳定性和数值耗散,表明新算法是正确有效的。     

Duhamel项的精细积分方法在非线性微分方程数值求解中的应用

基于Duhamel项的精细积分方法,构造了几种求解非线性微分方程的数值算法。首先将非线性微分方程在形式上划分为线性部分和非线性部分,对非线性部分进行多项式近似,利用Duhamel积分矩阵,导出了非线性方程求解的一般格式。然后结合传统的数值积分技术,例如Adams线性多步法等,构造了基于精细积分方法的相应算法。本文算法利用了精细积分方法对线性部分求解高度精确的优点,大大提高了传统算法的数值精度和稳定性,尤其是对于刚性问题。本文构造的算法不需要对线性系统矩阵求逆,可以方便的考察不同的线性系统矩阵对算法性能的影响。数值算例验证了本文算法的有效性,并表明非线性系统的线性化矩阵作为线性部分是比较合理的选择。     

基于OpenSees的双层柱面网壳结构的非线性有限元可靠性分析

在非线性有限元可靠度分析当中,经常会遇到两个障碍:对于特定的材料模型,约束函数会有不连续的梯度,导致搜索方法的不收敛;试算点离失效域太远,使得结果不能数值收敛[1]。针对这两个障碍,将OpenSees提供的光滑材料模型、改进和新的算法引入大跨度空间网格结构的非线性可靠度分析当中。通过应用光滑的Bouc-Wen材料模型解决了第一个障碍;通过修正已有的算法和引进新的算法解决了第二个障碍,除了已有的改进HL-RF算法、梯度映射法和SQP算法外,又首次将Polak-He算法引入到大跨度空间结构的非线性可靠度分析当中,并且对影响其收敛和计算速度的因素做了详细地阐述;结果发现SQP法和Polak-He算法计算效率较高,iHLRF法和梯度映射法效果较差。表明Polak-He算法是一种高效的计算方法,SQP法对功能函数的调用次数少,计算工作量少。通过引入光滑材料模型及几种算法,给大跨度空间结构的非线性可靠度分析带来方便,值得进一步推广。     

砂漏控制算法的改进及对高速冲击问题的应用

在有限变形的框架下,提出了一套新的砂漏控制算法。与现有的各种算法相比,不但可避免使用经验参数,能应用于几何非线性和材料非线性相耦合的复杂条件,且广泛适用于多种不同的材料和本构关系。该算法已被加入到大型动力学有限元程序中。通过对两种典型问题进行的数值分析,验证了我们发展的算法和程序,对于稳定砂漏模态的发展是有效的。     

复合材料弹塑性多尺度分析模型与算法

对材料非线性多尺度分析的计算模型与算法进行研究.在构建周期分布单胞分析算法的基础上,发展针对复合材料结构材料非线性多尺度分析的一般有限元方法.方法的特点是将所建立的单胞分析过程作为有限元分析的子程序嵌入到总程序系统当中,完成对应的高斯点应力计算,因而使所发展的方法具有实现方便的特点.给出数值计算结果,验证了方法与所发展的多尺度有限元分析程序的正确与有效性.     

求解非线性方程组的混合遗传算法

非线性方程组的求解是数值计算领域中最困难的问题。大多数的数值求解算法例如牛顿法的收敛性和性能特征在很大程度上依赖于初始点。但是对于很多非线性方程组,选择好的初始点是一件非常困难的事情。本文结合遗传算法和经典算法的优点,提出了一种用于求解非线性方程组的混合遗传算法。该混合算法充分发挥了遗传算法的群体搜索和全局收敛性,有效地克服了经典算法的初始点敏感问题;同时在遗传算法中引入经典算法(Powell法、拟牛顿迭代法)作局部搜索,克服了遗传算法收敛速度慢和精度差的缺点。选择了几个典型非线性方程组,从收敛可靠性、计算成本和适用性等指标分析对比了不同算法。计算结果表明所设计的混合遗传算法有着可靠的收敛性和较高的收敛速度和精度,是求解非线性方程组的一种成功算法。     

参变量变分原理的提出、发展与应用

参变量变分原理及其参数二次规划算法是由钟万勰院士1985年针对弹性接触边界非线性问题首次提出来的,经过将近40年的不断发展,目前参变量变分原理已经成功应用于各个领域,其中包括弹塑性分析、接触问题、润滑力学、岩土力学、变刚度杆系结构、先进材料性能分析、材料的蠕变与损伤、柔性结构力学和LQ最优控制等各个工程领域。本文首先回顾了参变量变分原理的起源,介绍了参变量变分原理的基本概念,然后以弹塑性分析问题为例,阐明建立参变量变分原理的理论模型以及实现数值参数二次规划求解原理,最后详细回顾了参变量变分原理的基本理论与相应数值算法在各个领域的发展及其工程应用,展示了参变量变分原理在求解各类非线性问题的特色与优势。     

求解非线性动力系统周期解大范围收敛方法

对于多自由度非线性动力系统,提出一种求解周期解的大范围收敛方法,这种算法对处理非线性动力系统有较强的功能。结合数值延拓算法,为求解具有系统参数的非线性动力系统在整个系统参数范围内的周期解提供了有效的方法。     

材料非线性微-宏观分析的多尺度方法研究

介绍并比较了近年来在材料非线性微-宏观分析多级数值方法方面的研究工作. 针 对考虑材料内摩擦接触的颗粒材料多尺度计算问题，建立一种基于数值技术的多级分析方 法. 方法的特点是在对材料进行微观分析的基础上建立宏观材料的多尺度非线性数值本构模 型. 而对材料弹塑性多级分析问题，建立了基于转换场技术的算法，采用近似技术建立非线 性分析的本征应变矩阵，使方法具有表达简单与实现方便的特点. 给出了数值算例， 通过比较说明了方法的正确性与有效性.     

含非线性摩擦系数的单自由度颤振系统全局动力学行为数值研究

摩擦系数模型取更具普适性的Stribeck非线性模型,基于事件驱动理论,利用C与Matlab联合仿真的方法开发了干摩擦颤振问题的快速求解程序。给出改进的胞映射算法,对含非线性摩擦的单自由度摩擦颤振系统的演化过程及其全局性态进行数值分析和研究,得到系统在任意的初始状态下的响应特性、系统收敛域的数值计算分析结果。分析结果表...     

直接基于单元平衡的梁非线性分析方法

以单元力平衡条件为基础建立的梁单元在近年来受到广泛关注,与传统的以单元位移相容条件为基础建立的梁单元相比,基于平衡的梁单元可获得较高的精度。针对基于平衡的梁单元,给出了一种几何非线性分析方法,使用该方法进行几何非线性分析时不需进行单元内部位移场的构造,避免了使用现有位移场构造方法时可能引起的振荡问题,同时降低了有限元程...     

ELASTO-PLASTIC COUPLED ANALYSIS OF BURIED STRUCTURE AND SOIL MEDIUM BY PERTURBATIONAL SEMI-ANALYTIC METHOD

I.IntroductionMoreandmoreelasto-plasticanalysesareusedinCivilEngineering.TheMohr-Coulombyieldconditionisoftenappliedtorockandsoilmediumtostudythesituationofdestruction.Theperturbationalmethodwasfirstusedinthestudyofcelestialmechanics,thenithasbeenusedinsolidmechanicstocarryoutthegeometricallyandphysicallynonlinearanalysis[']'12].Forlarge?scalcproblems,thegeneralnumericalmethodsmaynotbeapttothiscomplexcalculation,butsemi-analyticalmethodscandoitwell.Touseanalyticalfunctionsinoneortwodirectio…     

关于气动声学数值计算的方法与进展

气动声学数值计算是近年才出现的研究领域。本文介绍了气动声学数值计算的方法和有关的问题、边界条件的处理以及计算非线性声波的数值方法和进展。讨论了计算气动声学(CAA)的特性及其与计算流体力学(CFD)的差异，指出气动声学数值方法的关键是建立能保持色散关系的差分方程和正确处理无反射边界条件。对于非线性声波传播的问题，为了得到正确的解，应注意提高差分格式对短波的分辨能力，同时发展能抑制“伪”振荡(短波)而对长波基本不起作用的数值方法。     

Application of the quadrature method to flexural vibration analysis of a geometrically nonlinear beam

The quadrature method (OM) has been used in structural analysis only in recent years. In this study, OM is applied to flexural vibration analysis of a geometrically nonlinear beam. The numerical results by OM agree with the results by the finite element method. It is believed that this is the first attempt to solve a nonlinear dynamic problem by the quadrature method.     

多自由度分段光滑非线性系统的近似解——-中华文物龙洗的自激振动

建立了由干摩擦引起的两个弹性体之间自激振动的数学模型. 利用平均法 求出了由干摩擦引起的多自由度分段光滑非线性动力系统的近似解析解，分析了搓动速度、 振动频率与振幅的关系曲线，相位角与搓动速度的关系曲线，分析结果与数值解基本吻合. 为研究多自由度分段光滑非线性系统提供了一种有效的近似解析分析方法.     

多自由度分段光滑非线性系统的近似解——中华文物龙洗的自激振动

建立了由于摩擦引起的两个弹性体之间自激振动的数学模型.利用平均法求出了由干摩擦引起的多自由度分段光滑非线性动力系统的近似解析解,分析了搓动速度、振动频率与振幅的关系曲线,相位角与搓动速度的关系曲线,分析结果与数值解基本吻合.为研究多自由度分段光滑非线性系统提供了一种有效的近似解析分析方法.     

Internal waves in a two‐layer system using fully nonlinear internal‐wave equations

In order to understand the nonlinear effect in a two‐layer system, fully nonlinear strongly dispersive internal‐wave equations, based on a variational principle, were proposed in this study. A simple iteration method was used to solve the internal‐wave equations in order to solve the equations stably. The applicability of the proposed numerical computation scheme was confirmed to agree with linear dispersion relation theoretically obtained from variational principle. The proposed computational scheme was also shown to reproduce internal waves including higher‐order nonlinear effect from the analysis of internal solitary waves in a two‐layer system. Furthermore, for the second‐order numerical analysis, the balance of nonlinearity and dispersion was found to be similar to the balance assumed in the KdV theory and the Boussinesq‐type equations. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

TWO-GRID METHOD FOR CHARACTERISTICS FINITE-ELEMENT SOLUTION OF 2D NONLINEAR CONVECTION-DOMINATED DIFFUSION PROBLEM

Introduction Convection diffusionequationgovernssuchphenomenaastheflowofheatwithina movingfluid,thetransportofdissolvednutrientsorcontaminantswithinthegroundwater,andthetransportofasurfactantortracerwithinanincompressibleoilinapetroleum reservoir.Weconsid…     

Development of “event-to-event” nonlinear technique to lightly reinforced concrete beams by simplified constitutive modeling

The two-dimensional dual boundary element method is applied in this paper for the static analysis of lightly reinforced concrete beams, along with a nonlinear noniterative approach, called “event-to-event” technique. This numerical technique put some restrictions on the model development, such as continuity of the process of discrete crack growth and necessity of converting the constitutive law curves in a multi-linear form. The steel–concrete interaction is taken into account by employing a modification of a simplified bond slip model, known from the literature. A number of numerical examples are solved, analyzed and compared with results from experimental studies. A parametric study is carried out in order to reveal the specific features of the theory and to assess the potential of the numerical method, nonlinear technique and constitutive modeling employed.