周期电磁波导的能带辛分析

根据电磁波导的Hamilton体系,辛分析可用于任意各向异性材料,而且便于处理不同区段的界面条件。横向的电场和磁场构成了对偶向量。每段波导可以引入其两端的电磁刚度矩阵。对等截面的平面波导给出了通带和禁带解,又给出了截面突变连接的算法。运用能量原理的区段合并算法以生成波导基本周期的两端电磁刚度阵。此后,运用辛本征解就可对周期结构作出能带分析。     

基于辛理论的载流碳纳米管能带分析

基于连续介质力学理论和辛弹性理论,将载流碳纳米管等效为铁木辛柯梁,采用哈密顿变分原理建立了载流碳纳米管的振动控制方程;引入对偶变量将振动控制方程从拉格朗日体系导入到哈密顿体系下;通过波传播方法分析了载流碳纳米管的能带结构;研究了流体密度、流速对载流碳纳米管能带结构的影响;同时计算了载流碳纳米管的散射矩阵. 研究发现:管内流速以及流体密度对剪切频率和弯曲频率有着非常重要的影响. 研究结果表明:载流碳纳米管的剪切频率和弯曲频率因流体的加入而减小,并随流速及流体密度的增大而减小;通过对数值结果的分析发现:载流碳纳米管由于管内流体、流速以及流体密度的作用,会使得载流碳纳米管变的更“软”. 其中,哈密顿体系下所得出的载流碳纳米管弯曲频率随管内流体密度的增加而变小,有别于在拉格朗日体系下非局部梁理论所得的结论. 同时,数值结果表明散射矩阵是酉矩阵,辛体系下的入射波功率流与反射波功率流相等,即功率流守恒,体现了辛弹性力学理论的优越性.      

一维声子晶体中声波能带的解析研究

为了对一维声子晶体的能带进行解析研究,采用一维声子晶体的色散法,推导出一维声子晶体禁带频率和通带频率的解析公式;并利用此式对一维声子晶体的能带结构进行了解析研究,得到了禁带和导带的频率中心、频率宽度分别随介质厚度和声阻抗两者的变化规律,并与转移矩阵方法的计算结果进行了比较.研究结果表明:两种方法得到的结论相同,但解析法能更准确、更深刻地反映出一维声子晶体的能带随介质厚度和声阻抗等因素的变化规律;并且解析法克服了转移矩阵法等其他方法不能对能带结构进行解析研究的不足,是一种研究一维声子晶体能带更有效的方法.     

辛奇异元方法与含裂纹结构加固问题分析

本文借助于辛体系本征解展开原理和辛共轭正交关系,提出一种辛奇异元模型.并结合有限元软件形成一种新的数值方法和对含裂纹结构分析思路.其最大优势在于:直接给出裂纹的应力强度因子;不受单元网格密度的局限;不受路径的影响.利用该奇异元对含裂纹结构加固问题进行分析,发现了一些特殊的规律.为含裂纹结构加固技术提供依据.     

三相声子晶体能带结构计算的位移-面力映射方法

发展了基于位移-面力映射的方法计算三相声子晶体的能带结构,分析了弹性波在其中传播的特性.由弹性动力学方程出发,利用位移.面力映射,导出波动模态的特征值方程,得到三相局域共振声子晶体反平面剪切波的频散关系(即能带结构).以金-橡胶-环氧树脂体系为例,计算并分析了材料组配、几何尺寸等对频散关系造成的影响.研究结果显示:位移...     

三维波纹型可延展结构振动特性的辛分析

基于三维组装技术的可延展结构具备优异的延展性和可调控性,使其成功应用于各类可延展电子器件的制备中。为了评估该类电子器件的稳定性,本文研究三维波纹型可延展结构的振动行为。首先,基于非线性的Euler-Bernoulli梁理论、Kelvin-Voigt粘弹性理论和考虑压电材料的表面压电效应,建立三维波纹结构的理论分析模型;其次,基于能量原理和扩展拉格朗日运动原理,推导出该结构的动力学控制方程;然后采用二级四阶辛Runge-Kutta求解该动力学方程。通过数值仿真实验验证了辛算法的优越性,同时,还发现随着三维波纹型可延展结构外界激励及其结构参数的变化,该结构的振动特性会从倍周期向分岔和混沌转化;本文结果为三维波纹型可延展结构的优化设计及应用提供理论基础。     

半无限周期声子晶体的全反射隧穿能带

利用色散法研究了在入射角大于全反射角时弹性波在一维半无限周期声子晶体中的传输特性。结果发现当弹性波大于全反射角入射一维半无限周期声子晶体时出现了两级全反射隧穿导带;并得出了全反射隧穿导带随入射角和周期厚度的响应曲线,分析可知:导带的频率中心随入射角的增加而增加,随周期厚度的增加而降低;导带的频率宽度随入射角的增加而减小,随周期厚度的增加而降低。     

一维声子晶体带隙的非局部辛分析

周期性弹性复合结构(声子晶体)中传播的弹性波存在特殊的色散关系:弹性波只能在某段频率范围内无损耗的传播,该频率范围称为通带.一维声子晶体的色散问题可以看作分层介质中弹性波的传播问题,利用二维弹性理论予以分析.为了研究非局部效应对声子晶体带隙特性的影响,将Eringen的二维非局部弹性理论引入到Hamilton体系下,利用精细积分与扩展的Wittrick Williams算法可获取任意频率范围内的本征解.通过对不同算例的数值计算,分析和对比了非局部理论方法与传统局部理论方法的差别.并进一步指出了该套算法的适用性和优势所在.     

电磁波导辛体系下的周期皱波导分析

基于Hamilton变分原理的电磁波导辛体系自建立以来解决了传统电磁有限元所不能解决的一些问题。本文在介绍这一体系之后,经半解析横向离散及辛正则化,给出了类凝聚和协调质量阵。针对常见的周期皱波导问题,引入等效折射率概念,将皱波导转化为折射率周期变化的多层薄膜,并将其对应为力学分析中的条形域问题。最后给出的数值例子中所计算的通带辛本征值与解析解很接近,表明该理论方法有很高的计算效率。     

结构可靠度的当量正态PFSORM算法

对结构功能函数为相关非正态随机变量构成情况 ,使用PFSORM算法确定结构二次可靠指标须使用随机变量的条件分布函数及其反函数。工程实践中随机变量的条件分布函数及其反函数常不易确定。基于此 ,本文提出当量正态PFSORM算法 ,仅需要随机变量的分布函数、分布密度函数及其相关系数即可     

WAVELET METHOD FOR CALCULATING THE DEFECT STATES OF TWO-DIMENSIONAL PHONONIC CRYSTALS

Based on the variational theory, a wavelet-based numerical method is developed to calculate the defect states of acoustic waves in two-dimensional phononic crystals with point and line defects. The supercell technique is applied. By expanding the displacement field and the material constants （mass density and elastic stiffness） in periodic wavelets, the explicit formulations of an eigenvalue problem for the plane harmonic bulk waves in such a phononic structure are derived. The point and line defect states in solid-liquid and solid-solid systems are calculated. Comparisons of the present results with those measured experimentally or those from the plane wave expansion method show that the present method can yield accurate results with faster convergence and less computing time.     

功能梯度材料平面问题的辛弹性力学解法

将辛弹性力学解法推广用于功能梯度材料平面问题的分析,考虑沿长度方向弹性模量为指数函数变化而泊松比为常数的矩形域平面弹性问题,给出了具体的求解步骤. 提出了移位Hamilton矩阵的新概念,建立起相应的辛共轭正交关系;导出了对应特殊本征值的本征解,发现材料的非均匀特性使特殊本征解的形式发生明显的变化.      

精细辛算法的高效格式和简化计算

对精细辛几何算法设计了高效的迭代过程，减少了精细积分的计算量，同时提出了精细辛算法的简化形式，避免了复杂的矩阵求逆运算，并给出了相应的误差估计，最后编制了程序进行验证，证明了所采取的方法能够使计算快捷，精度高，稳定性好．     

动力学平衡方程的Euler中点辛差分求解格式

给出了动力学方程${\pmb M}\ddot {\pmb x} + {\pmb C}\dot {\pmb x} + {\pmb K \pmb x} = {\pmb R}$的二阶Euler中点隐式差分求解格式,分保守系统、无 阻尼受迫振动系统和阻尼系统3种情况, 讨论了算法中Jacobi矩阵${\pmb A}$的性质,譬 如${\pmb A}$是否为辛矩阵以及谱半径等. 对于无阻尼系统,证明了无论是否存在外 载荷,Jacobi 矩阵都是辛矩阵. 证明了辛矩阵的所有本征值的模为1,其谱半径永远 为1, 以及$\delta = 0.5$和$\alpha = 0.25$的Newmark算法就是Euler中点隐式差 分格式,对保守系统它们都是辛算法. 严格证 明了Euler中点辛格式是严格保持系统能量的. 通过算例详细讨论了保辛算法用于求解非保 守系统动态特性的优越性,如广义保结构特性等;分析了保辛算法的相位误差以及由其引起 的系统的附加能量特性;分析了保辛算法和$\delta \ne 0.5$的Newmark算法的精度随着激励频率与系统固有频率比的变化情况等     

多体系统轨迹跟踪的瞬时最优控制保辛方法

随着近年来机器人在各行业领域的广泛应用,对机器人的动力学与控制性能不断提出新的要求,特别是对设计越来越复杂、操作越来越灵巧的智能机器人,要求其能够对目标轨迹实现高精度跟踪以满足实际工作需求. 因此,针对机器人多体系统对目标轨迹跟踪的任务需求,基于微分代数方程提出瞬时最优控制保辛方法. 首先,采用多体动力学绝对坐标建模方法建立机器人系统的普适动力学方程,即微分代数方程;然后,采用保辛方法将连续时间域内的微分代数方程进行离散化,进而得到以当前位置、速度和拉式乘子为未知量的非线性代数方程组;其次,通过引入对目标轨迹跟踪以及对控制加权的瞬时最优性能指标,根据瞬时最优控制理论获得当前最优控制输入;最后,通过离散时间步的更新完成对目标轨迹的跟踪任务. 为了验证本文方法的有效性,以双摆轨迹跟踪控制为例进行了数值仿真,结果表明:针对机器人轨迹跟踪任务所提出的瞬时最优控制保辛方法能够实现对目标轨迹的高精度跟踪,且瞬时最优控制由受控微分代数方程推导获得,更具一般性,能够适应其他复杂多体系统的轨迹跟踪控制问题.      

精细辛有限元方法及其相位误差研究

哈密顿系统是一类重要的动力系统,针对哈密顿系统,设计出多类辛方法:SRK、SPRK、辛多步法、生成函数法等.长久以来数值方法在求解哈密顿系统过程中辛特性和保能量特性不能得到同时满足,近年来提出的有限元方法,对于线性系统具有保辛和保能量的优良特性.但是,以上方法都存在相位漂移(轨道偏离)现象,长时间仿真,计算效果会大打折扣.提出精细辛有限元方法(HPD-FEM)求解哈密顿系统,该方法继承时间有限元方法求解哈密顿系统所具有的保哈密顿系统的辛结构和哈密顿函数守恒性的优良特性,同时,通过精细化时间步长极大地减小了时间有限元方法的相位误差.HPD-FEM相较与针对相位误差专门设计的计算格式FSJS、RKN以及SRPK方法具有更好的纠正效果,几乎达到机器精度,误差为O(10-13),同时,HPD-FEM克服了FSJS、RKN和SPRK方法不能保证哈密顿函数守恒的缺点.对于高低混频系统和刚性系统,常规算法很难在较大步长下,同时实现对高低频精确仿真,HPD-FEM通过精细计算时间步长,在大步长情况下,实现高低混频的精确仿真.HPD-FEM方法在计算过程中精细方法没有额外增加计算量,计算效率高.数值结果显示本文提出的方法切实有效.      

深圳机场软基处理的研究

小波分析是一个国际研究热点．小波包算法结果包含了Ｍａｌａｔ算法结果．小波包原算法是按小波包基顺序排列的，本文提出按频带顺序排列的小波包新算法，数值模拟以及实际应用都说明了它的正确性和优越性．对小波理论的工程化具有重大意义     

落锤试验中炸药样品表面能的多重分形性质

从能量守恒和质量守恒出发结合炸药样品在受冲击压缩时的分形性质,证明在样品周边的表面能具有多重分形的结构。     

求解非线性动力系统周期解的改进打靶法

针对有周期解的动力系统边值问题可以转化为初值问题这一特点,改进了周期解的打靶 法数值求解. 在计算边界条件代数方程关于待定初值参数导数的过程中利用前一次 Runge-Kutta方法计算得到的节点函数值并通过再次利用Runge-Kutta方法获得了该导数值. 用此方法求解了Duffing方程及非线性转子---轴承系统的周期解,用Floquet理论判断了 周期解的稳定性,与普通打靶法作了比较,验证了方法的有效性.