谐和与窄带随机噪声联合作用下Duffing系统的参数主共振

研究了Ｄｕｆｉｎｇ振子在谐和与窄带随机噪声联合激励下的参数主共振响应和稳定性问题．用多尺度法分离了系统的快变项，并求出了系统的最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数．本文还分析了失稳及跳跃现象，及系统的阻尼项、非线性项、随机项、确定性参激强度对系统响应的影响．数值模拟表明本文提出的方法是有效的．     

高能闪光照相D／S比的解析分析

用解析法分析了一般动态照相系统中图象的最小Ｄ／Ｓ比，并定性推导出相应表达式，指出了散射辐射主要由客体和后保护锥造成，而且后者起决定性作用。     

求解非线性振动问题的一种新方法

首先把描述非线性振动的微分方程归结为一非线性积分微分方程，然后把此积分微分方程的求解转化为一无穷阶的非线性代数方程组的求解。从理论上讲，可得到满足任何精度要求的周期解。本文用此方法对Ｄｕｆｉｎｇ系统进行了分析。     

均匀各向同性湍流的频率波数能量谱

对均匀各向同性湍流的频率波数能量谱进行了初步研究，得出均匀各向同性湍流中能量随时间、空间尺度分布的解析表达式，并运用直接数值模拟的方法对理论预测进行验证．数值结果很好地支持了理论预测：横扫速度是决定频率波数能量谱的特征量．     

阶梯形变截面圆拱和圆环稳定计算的有效方法

利用等截面圆弧曲杆的稳定微分方程和本文导出的弯矩一般表达式，建立了静水压力作用下阶梯变截面圆拱和圆环稳定分析的代数方程组，得到了解析计算临界载荷的特征方程．算例表明本文方法简单有效     

静刚性分布动力载荷下半空间的表面位移

本文用积分变换及Ｃａｇｎｉａｒｄ－Ｄｅ Ｈｏｏｐ方法获得静刚性分布脉冲载荷作用下半空间表面中心点位移的解析表达式。利用此闭合表达式可以进一步研究土五结构物的动力相互作用问题及动力接触问题。     

差分格式收敛性研究的一种新方法

提出了一种对差分格式收敛性进行研究的新方法．应用U变换法和有限差分法，分析了均质简支梁的静力问题，求出了在均布荷载作用下梁的挠度和弯矩的精确解析表达式，并研究其收敛性，得到了收敛率系数的精确值．     

十次对称二维准晶中的热应力分析

推导了当考虑热效应时十次对称二维准晶体平面应变问题的通解表示．作为应用，采用所获得的通解首先得到了十次对称二维准晶体中的一个点热源所引起的声子场和相位子场，给出了点热源所引起的声子场和相位子场应力分量的解析表达式；接着获得了在均匀热流作用下十次对称二维准晶体中-绝缘椭圆孔洞所引起的热应力问题的弹性解答，给出了沿椭圆边界环向应力分布的解析表达式；当椭圆的短轴趋于零时，则获得了裂纹问题的解答，给出了应力强度因子、裂纹表面张开位移及能量释放率的解析表达式；推导了在任意热载荷作用下裂尖附近的渐近场．     

BBD板结构的振动功率流研究

多冲击体阻尼（下文简称ＢＢＤ）是结构振动、噪声控制中的一项新技术。本文基于它的作用机理和机械导纳与弹性结构动力学理论，推导了三种不同ＢＢＤ板结构振动功率流的解析表达式。并进行了数值计算，给出了测量验证结果。最后定量分析了ＢＢＤ对板结构功率流的影响。     

DSMC方法与稀薄气流计算的发展

直接模拟ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ（ＤＳＭＣ）方法是依赖物理的概率模拟方法．在求解过渡领域流动的众多解析、数值和模拟方法中,目前只有ＤＳＭＣ方法是可以模拟三维复杂真实气体流动的方法．从宏观参量到细观速度分布函数的水平上,该方法均能得到实验的支持．本文综述了ＤＳＭＣ方法的最近发展,包括我们在检验模型、处理内能松弛模拟和化学反应模拟以及求解三维绕流的通用方法等方面的工作。      

随机晶界分布和连通性对晶间破坏行为的影响

采用随机有限元方法研究了两个具有相同不均匀材料属性和相同随机晶界含量但不同随机晶界分布的特殊多晶体样本在准静态拉伸下的晶间破坏行为,发现随机晶界连通性强的样本的断裂能比较低．在不同随机晶界含量下分别构造的50个晶界随机分布的样本的计算结果表明,断裂能与平均晶界连通数的关联并不明显,甚至还出现了相反的结果,即在相同随机晶界含量下,平均晶界连通数大的计算样本的断裂能反而大．     

BIFURCATIONS OF AIRFOIL IN INCOMPRESSIBLE FLOW

Bifurcations of an airfoil with nonlinear pitching stiffness in incompressible flow are investigated. The pitching spring is regarded as a spring with cubic stiffness. The motion equations of the airfoil are written as the four dimensional one order differential equations. Taking air speed and the linear part of pitching stiffness as the parameters, the analytic solutions of the critical boundaries of pitchfork bifurcations and Hopf bifurcations are obtained in 2 dimensional parameter plane. The stabilities of the equilibrium points and the limit cycles in different regions of 2 dimensional parameter plane are analyzed. By means of harmonic balance method, the approximate critical boundaries of 2-multiple semi-stable limit cycle bifurcations are obtained, and the bifurcation points of supercritical or subcritical Hopf bifurcation are found. Some numerical simulation results are given.     

An explicit level set approach for generalized shape optimization of fluids with the lattice Boltzmann method

This study is concerned with a generalized shape optimization approach for finding the geometry of fluidic devices and obstacles immersed in flows. Our approach is based on a level set representation of the fluid–solid interface and a hydrodynamic lattice Boltzmann method to predict the flow field. We present an explicit level set method that does not involve the solution of the Hamilton–Jacobi equation and allows using standard nonlinear programming methods. In contrast to previous works, the boundary conditions along the fluid–structure interface are enforced by second‐order accurate interpolation schemes, overcoming shortcomings of flow penalization methods and Brinkman formulations frequently used in topology optimization. To ensure smooth boundaries and mesh‐independent results, we introduce a simple, computationally inexpensive filtering method to regularize the level set field. Furthermore, we define box constraints for the design variables that guarantee a continuous evolution of the boundaries. The features of the proposed method are studied by two numeric examples of two‐dimensional steady‐state flow problems. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Uniform Convergence Series to Solve Nonlinear Partial Differential Equations: Application to Beam Dynamics

Extended trigonometric series of uniform convergence are proposed as a method to solve the nonlinear dynamic problemsgoverned by partial differential equations. In particular, the method isapplied to the solution of a uniform beam supported at its ends withnonlinear rotational springs and subjected to dynamic loads. The beam isassumed to be both material and geometrically linear and the end springs are of the Duffing type. The action may be a continuous load q = q(x, t) within a certain range and/or concentrated dynamic moments at the boundaries. The adopted solution satisfies the differential equation, the initial conditions, andthe nonlinear boundary conditions. It has been previously demonstrated that, due to the uniform convergence of the series, the method yieldsarbitrary precision results. An illustration example shows theefficiency of the method.     

MODELING OF NONLINEAR BEHAVIORS OF IMMERSION JOINT

沉管隧道柔性接头的力学性能是其抗震设计的关键准则. 用有限元方法模拟接头的非线性力学性能需要解决接头处材料非线性和接触非线性两个问题. 为简化分析计算,该文采用分段线性化的方法表征接头的材料非线性问题,引进调整因子改进接触算法中的判断条件,处理接头的边界非线性问题. 通过沉管隧道接头的三维精细化建模,研究了沉管隧道接头在拟静力载荷下的响应,获得了接头的轴向等效刚度曲线、抗弯刚度曲线和非线性耦合的剪切特性曲线,进而分析了不同轴向压力对接头剪切特性的影响.     

挠性航天器太阳翼全局模态动力学建模与实验研究

现代柔性航天器通常安装有大型太阳翼为其在轨运行提供所需动力. 航天器入轨后太阳翼展开并锁定成为铰链连接多板结构, 此类结构质量轻、跨度大、刚度低的特点使其低频振动和非线性振动问题越来越凸显. 分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统精确的非线性动力学模型. 为此, 本文提出铰链连接多板结构解析全局模态的提取方法, 获取太阳翼的固有频率和解析函数表征的全局模态. 提出可变刚度的扭转弹簧等效模型, 考虑铰链非线性刚度及摩擦力矩等因素, 通过全局模态离散得到系统的低维高精度非线性动力学模型, 研究了太阳翼在周期激励作用下的非线性特性. 开展太阳翼地面振动实验研究, 采用锤击法获取系统模态, 利用振动台施加正弦扫频激励, 将物理实验结果与理论结果进行对比, 从而验证全局模态动力学建模方法的合理性与准确性. 结果表明, 铰链刚度等结构参数对系统固有特性的影响较大, 铰链的存在会使太阳翼的动态响应出现跳跃等非线性现象. 全局模态动力学建模方法能很好地解决多板结构在非经典边界下解析全局模态求解的困难, 系统全局模态反映的是系统各个部件弹性振动的真实模态, 所建立的动力学模型具有低维高精度的特点, 对于复杂组合结构非线性动力学建模具有重要的参考价值.      

APPLICATION OF THE DUAL RECIPROCITY BOUNDARY ELEMENT METHOD TO SOLUTION OF NONLINEAR DIFFERENTIAL EQUATION

In this paper the dual reciprocity boundary element method is employed to solve nonlinear differential equation ∇² u+u+ɛu ³ =b. Results obtained in an example have a good agreement with those by FEM and show the applicability and simplicity of dual reciprocity method(DRM)in solving nonlinear differential equations.     

潜堤上波流传播的完全非线性数值模拟

利用时域高阶边界元方法建立模拟波流混合作用的完全非线性数值水槽模型, 其中自由水面满足完全非线性自由水面条件. 采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面, 运用4阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势. 为了减少计算域, 提高计算速度, 采用同时消除底面和侧面的镜像格林函数; 在每一时间步内, 对网格进行重新划分以避免由于网格运动变形而引起的数值不稳定问题. 对水流中淹没潜堤上的波浪变形在水槽中开展了物理模型试验, 并把试验结果和数值结果进行了对比, 吻合得很好. 进一步研究了水流及潜堤的存在对高阶谐波产生的影响.      

非齐次边界条件下轴向运动梁的非线性振动

轴向运动系统的横向非线性振动一直是国内外研究的热点课题之一.目前相关研究大都是针对齐次边界条件的.但是在工程实际中,非齐次边界条件更为常见,而针对非齐次边界条件的研究相对较少.为深入研究非齐次边界条件对轴向运动系统横向非线性振动的影响,本文以轴向变速运动黏弹性Euler梁为例,引入由黏弹性引起的非齐次边界条件,同时还引入由轴向加速度引起的径向变化张力,建立梁横向振动的积分-偏微分型运动方程,并导出了相应的非齐次边界条件.采用直接多尺度法分析了梁的次谐波参数共振.由可解性条件得到了梁的稳态响应,并根据Routh-Hurvitz判据确定了系统稳态响应的稳定性.通过数值例子讨论了黏弹性系数,轴向运动速度,轴向速度脉动幅值和非线性系数对幅频响应的影响,并详细对比分析了非齐次边界条件和齐次边界条件对幅频响应的影响.结果表明:随着黏弹性系数的增大,非齐次边界条件下的零解失稳区域和稳态响应幅值比齐次边界条件下的失稳区域和幅值大,非齐次边界条件对高阶次谐波参数共振的影响更加显著.最后,引入微分求积法来验证直接多尺度法的近似解结果.      

激波主导流动下壁板的热气动弹性稳定性理论分析

针对激波主导流动下弹性壁板的热气动弹性稳定性分析问题,建立了基于当地活塞流理论的分析模型,并用数值仿真方法来验证其正确性. 首先基于Hamilton原理和Von-Karman大变形理论,建立壁板的热气动弹性运动方程,其中假设壁板受热后温度均匀分布,激波前后区域的气动力模型采用当地一阶活塞流理论;利用Galerkin方法将具有连续参数系统的偏微分颤振方程离散为有限个自由度的常微分方程;基于李雅普诺夫间接法将非线性颤振方程组在平衡位置处进行线化,再用Routh-Hurwits判据来判断线性系统的稳定性,从而来推论出非线性颤振系统的气动弹性稳定性. 在时域中采用龙格--库塔法对非线性颤振方程进行数值积分,得到壁板非线性颤振响应的时间历程,与理论分析结果进行对比. 研究结果表明,壁板受到斜激波冲击时,更容易发生颤振失稳,并且激波强度越大,极限环幅值和频率越大;激波主导流场中的壁板失稳边界不同于传统单纯超声速气流中壁板颤振的失稳边界;只有在斜激波前后不同的动压值都满足颤振稳定性边界的条件下,壁板才可能保持其气动弹性稳定性.