多自由度强非线性颤振分析的增量谐波平衡法

对多个自由度上含有强非线性项系统的颤振问题,推广应用增量谐波平衡法进行分析．考虑带有强非线性立方平移和俯仰刚度项的二元机翼颤振方程,首先将方程用矩阵形式表示,然后把振动过程分解成为振动瞬态的持续增量过程,再采用振幅作为控制参数应用谐波平衡法,以这种推广的增量谐波平衡法求得方程解的表达式,并由此分析系统的分岔现象、极限环颤振现象和谐波项数的取值问题,最后用龙格-库塔数值方法进行验算,结果表明:分析多个自由度的强非线性颤振,增量谐波平衡法是精确有效的．     

基于数值流形法的降雨入渗与坡面径流耦合算法研究

降雨时坡地的入渗-产流分析,是降雨型滑坡、泥石流等地质灾害机理研究中的重要课题之一.为实现边坡降雨-入渗-产流的全过程数值模拟,进一步提高计算效率,考虑将降雨入渗面视作坡面径流与坡体渗流的内部域,基于一维运动波方程和二维压力水头格式的Richards方程建立耦合模型,并推导出其总体控制方程,采用数值流形法(numerical manifold method, NMM)实现其数值求解,通过编制相应的计算程序分析了边坡降雨产流过程.数值分析结果表明：所建模型的计算结果与试验数据及前人模拟结果吻合良好,验证了该文模型及计算方法的有效性与可靠性;降雨强度越大,产流时间越早,坡面积水深度越大,对坡体内的水分分布影响范围越广.研究表明,所建模型能真实反映边坡降雨-入渗-产流全过程,可为降雨诱发的各类地质灾害分析提供计算依据.     

包含极值点和分枝点的解曲线跟踪算法的摄动解法

本文提出了采用摄动格式求解非线性方程组的解曲线跟踪算法的计算格式.文中着重讨论了解曲线上非正则点的搜索,以及从这些非正则点——转向点或分枝点——继续跟踪超临界平衡路径的计算方法.文中把这一算法应用于弹性薄壳的屈曲分析。通过柱壳和环壳的算例得到它们的整个屈曲过程的平衡路径和变形形态.     

二维稳态热传导问题的正六边形流形元研究

发展了用于分析二维稳态热传导问题的多边形数值流形方法（numerical manifold method,NMM）.根据热传导问题的控制方程、边界条件以及多边形NMM的温度近似函数,采用修正变分原理导出了多边形NMM求解稳态热传导问题的总体方程,给出了多边形单元上的域积分策略.考虑到NMM中数学覆盖系统可不与物理域边界一致以及规则单元的精度优势,采用Wachspress正六边形数学单元对两个典型热传导问题进行了仿真,计算结果与参考解能较好地吻合,表明多边形NMM可以很好地模拟平面稳态热传导问题.     

3D Geosynchronous Transfer of a Satellite: Continuation on the Thrust

The minimum-time transfer of a satellite from a low and eccentric initial orbit toward a high geostationary orbit is considered. This study is preliminary to the analysis of similar transfer cases with more complicated performance indexes (maximization of payload, for instance). The orbital inclination of the spacecraft is taken into account (3D model), and the thrust available is assumed to be very small (e.g. 0.3 Newton for an initial mass of 1500 kg). For this reason, many revolutions are required to achieve the transfer and the problem becomes very oscillatory. In order to solve it numerically, an optimal control model is investigated and a homotopic procedure is introduced, namely continuation on the maximum modulus of the thrust: the solution for a given thrust is used to initiate the solution for a lower thrust. Continuous dependence of the value function on the essential bound of the control is first studied. Then, in the framework of parametric optimal control, the question of differentiability of the transfer time with respect to the thrust is addressed: under specific assumptions, the derivative of the value function is given in closed form as a first step toward a better understanding of the relation between the minimum transfer time and the maximum thrust. Numerical results obtained by coupling the continuation technique with a single–shooting procedure are detailed.     

On the Finite Termination of an Entropy Function Based Non-Interior Continuation Method for Vertical Linear Complementarity Problems

By using a smooth entropy function to approximate the non-smooth max-type function, a vertical linear complementarity problem (VLCP) can be treated as a family of parameterized smooth equations. A Newton-type method with a testing procedure is proposed to solve such a system. We show that under some milder than usual assumptions the proposed algorithm finds an exact solution of VLCP in a finite number of iterations. Some computational results are included to illustrate the potential of this approach. This author’s work was partially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10271002 and 10401038). This author’s work was partially supported by the Scientific Research Foundation of Tianjin University for the Returned Overseas Chinese Scholars and the Scientific Research Foundation of Liu Hui Center for Applied Mathematics, Nankai University-Tianjin University.     

基于线性化Navier-Stokes方程二维水槽内单涡到双涡的数值模拟

建立了Navier-Stokes方程的预估-校正有限差分方法,在此基础上求得了二维水槽内部单涡到双涡的数值解,所得结果与前人的数值结果和解析解吻合很好.数值模拟结果表明,自由振动运动中自由面波高因粘性作用会发生衰减,且Reynolds数越大衰减越缓慢.在短时间内倾斜加速度激励下对于不同Reynolds数会出现一定周期的单涡.经过长时间的倾斜激励,水槽内涡场由单涡变化成双涡,而且只在较低的Reynolds数条件下出现双涡.     

变系数线性微分方程初值问题数值解的小波方法

通过利用小波尺度函数的正交性并结合配点法 ,本文给出了一种求解变系数线性微分方程初值问题数值解的小波算法 .在一定的假设条件下 ,对算法的收敛性进行了理论分析 .最后 ,我们还给出了一个具体的数值计算例子 .     

求解二维浅水波方程的移动网格旋转通量法

为提高求解二维浅水波方程数值算法的分辨率,拟构造求解该方程的新算法:基于移动网格法,选用熵稳定数值通量函数,利用旋转不变性得到混合数值通量.该算法中,浅水波方程的数值求解和依据解的特性进行自适应疏密分布的网格计算过程交错进行.利用变分原理进行网格重构,新网格上的物理量采用二阶精度的守恒型插值公式计算,最终采用三阶强稳定Runge-Kutta法与满足热力学第二定律的熵稳定格式实现浅水波方程的数值求解.数值结果表明,新算法具有良好的间断捕捉能力,分辨率高.     

基于非结构自适应网格的二维Euler方程数值求解方法研究

提出了一种基于非结构自适应网格的二维Euler方程的数值解法.采用有限体积法进行空间离散,通量计算采用Jamson中心格式,使得它适用于任意多边形计算单元.为了得到定常解,采用一种显式的四步Runge-Kutta迭代方法对时间进行积分.根据流场参数的变化梯度确定加密边,由加密准则进行自适应网格剖分,然后得到分布合理的加密过后的网格.求解二维Euler方程,对NACA0012翼型进行了数值模拟,通过对自适应前后的数值解的对比,说明所建立的方法是正确的.     

速度-涡量法数值求解具有表面吹吸圆柱的绕流问题

用速度-涡量法数值求解了具有表面吹吸圆柱的绕流问题.所得高阶隐式差分方程,采用以修正的不完全LU分解作预处理器的共轭梯度法(MILU-CG),高效解出.研究了雷诺数Re=100时,各种吹吸位置、吹吸强度对圆柱尾流涡旋结构和阻力、升力系数的影响规律.指出,在圆柱肩部的吸气和在圆柱尾部的吹气,可有效地抑制尾流涡旋结构在垂直来流方向上的非对称性,达到减小升力的目的.对在圆柱肩部吸气的情形,合适选择吸气强度,还可有效减小圆柱在来流方向上所受的阻力.