三种分形和分数阶导数阻尼振动模型的比较研究

标准的整数阶导数方程不能准确描述粘弹性材料的记忆性参考文献[1]和阻尼的分数次幂频率依赖[2],因此分形导数、分数阶导数及正定分数阶导数被用于描述粘弹性介质中的阻尼振动.该文通过分析模型和数值模拟,比较了三种模型描述的振动过程.结果显示,当p小于约O.75或大于约1.9时(p为非整数阶导数的阶数),分形导数模型衰减最快;当P大于约0.75且小于约1.9时,正定分数阶导数模型衰减最快,衰减最慢的分别为分数阶导数模型(p1).且正定分数阶导数模型衰减快于分数阶导数模型,当p接近2时,两种模型较为相近.     

Caputo导数下分数阶Birkhoff系统的准对称性与分数阶Noether定理

应用分数阶模型可以更准确地描述和研究复杂系统的动力学行为和物理过程,同时Birkhoff力学是Hamilton力学的推广,因此研究分数阶Birkhoff系统动力学具有重要意义.分数阶Noether定理揭示了Noether对称变换与分数阶守恒量之间的内在联系,但是当变换拓展为Noether准对称变换时,该定理的推广遇到了很大的困难.本文基于时间重新参数化方法提出并研究Caputo导数下分数阶Birkhoff系统的Noether准对称性与守恒量.首先,将时间重新参数化方法应用于经典Birkhoff系统的Noether准对称性与守恒量研究,建立了相应的Noether定理;其次,基于分数阶Pfaff作用量分别在时间不变的和一般单参数无限小变换群下的不变性给出分数阶Birkhoff系统的Noether准对称变换的定义和判据,基于Frederico和Torres提出的分数阶守恒量定义,利用时间重新参数化方法建立了分数阶Birkhoff系统的Noether定理,从而揭示了分数阶Birkhoff系统的Noether准对称性与分数阶守恒量之间的内在联系.分数阶Birkhoff系统的Noether对称性定理和经典Birkhoff系统的Noether定理是其特例.最后以分数阶Hojman-Urrutia问题为例说明结果的应用.     

从Stokes第一问题的精确解谈起

以Stokes第一问题为例,阐述在Navier-Stokes方程精确解的教学过程中,如何引导学生从不同数学方法的角度展开积极思维. 研究发现,除了在国内外流体力学教材中普遍使用的量纲分析法,还可以使用分离变量法、拉普拉斯变换和运算微积法等多种方法求解Stokes第一问题. 在此基础上,可不断提出新问题,鼓励学生探索创新,给出了几个例子.     

分数阶导数粘弹性模型的有限元法

在分析分数阶导数三元件模型理论的基础上,把分数阶导数三元件模型引入有限元模型中,推导出具有分数阶导数三元件本构关系的粘弹性结构动力学有限元格式。同时,应用分数阶导数型粘弹性结构动力学方程的数值算法求解了该有限元格式的数值解。并以二维沥青路面结构为例进行了路面动态粘弹性响应分析。算例分析表明,该方法能够正确有效地进行路面动态粘弹性分析。     

基于Caputo导数的分数阶非线性振动系统响应计算

研究了含分数阶Caputo导数的非线性振动系统响应的数值计算方法。首先,由Caputo分数阶导数算子的叠加关系,得到含分数阶导数项非线性振动系统状态方程的标准形式。其次,基于Caputo导数与Riemann-Liouville导数和Grunwald-Letnikov导数间的关系,推导计算了Caputo导数的一般数值迭代格式。本文方法不要求状态方程中各分数阶导数阶数相等,弱化了已有算法中对分数阶导数阶数的限制,并可推广到多自由度的情形。随后,选择若干有解析解的算例验证了本文方法的正确性。最后,以多吸引子共存的分数阶Duffing振子系统为例,比较Caputo和GL两种算法所得结果,说明了用GL算法求解存在的问题。     

复杂介质中任意阶频率依赖耗散声波的分数阶导数模型

实验现象表明,声波在复杂介质中传播时,其衰减往往呈现频率的任意次幂律依赖现象.鉴于复杂介质的力学和物理性质的记忆性和长程相关性,频率幂律依赖的声波衰减现象难以用经典的声波方程描述,因为经典的阻尼波方程和近似热黏性波方程只能分别描述与频率无关和频率二次方依赖的声衰减.近年来,带有分数阶导数项的声波方程已被成功用于描述这一声衰减现象.基于课题组对声波衰减分数阶导数建模的研究,对已有的分数阶导数声波方程的研究进展及获得的成果做一个系统的综述,重点讨论这些模型的力学本构、统计力学解释等.简述了软物质中声波传播的时间分数阶导数唯象模型和本构模型,空间分数阶导数唯象模型和本构模型,并深入讨论了各种模型之间的联系与区别:介绍了分数阶导数声波模型在多孔介质中的成功应用,该部分内容涉及了均匀和非均匀多孔介质,刚性固体骨架和可变形固体骨架多孔介质等;通过空间分数阶扩散方程与Levy稳定分布之间的联系,给出了频率幂律依赖指数的变化区间为[0,2]的统计力学解释.最后,讨论了声波传播耗散行为的分数阶导数建模领域仍然存在的问题,并对今后的研究方向进行了探讨和展望.     

用分离变量法求解Stokes第一问题

探讨如何用较为通用的分离变量法求解Stokes第一问题。     

一种改进的R-L分数阶导数定义在固体推进剂粘弹性本构模型中的应用

针对Riemann-Liouville分数阶导数定义的不足之处进行了改进,利用改进过的分数阶导数定义,建立了类Kelvin体粘弹性本构模型,并应用于某固体推进剂上,对本构方程中的三个参数进行了求解,与经典的prony级数模型进行比较,采用分数阶导数的类Kelvin体粘弹性本构模型与实验结果能很好地吻合.     

考虑老化的混凝土粘弹性分数导数模型

混凝土是一种具有分形结构的材料。采用分数微积分模型来研究具有分形结构材料的老化规律目前尚未见到。本文的目的是采用含分数阶导数的类标准线性体来模拟考虑老化的混凝土的蠕变和松弛规律。给出了分数导数与Abel核之间的关系。讨论了类标准线性体的蠕变柔量和松弛模量及其在考虑老化的混凝土中的应用。与传统的混凝土流变模型相比较表明，类标准线性体可以更好地同时拟合混凝土在不同龄期的蠕变和松弛曲线。而且其形式简单、统一，在计算过程中需要调整的参数很少。可以预见，类标准线性体在混凝土的结构设计和计算中将有着广泛的应用前景。     

分数阶导数阻尼下非线性随机振动结构响应的功率谱密度估计

对于受到由分数阶导数模拟的粘弹性阻尼的非线性随机振动结构,本文给出了一种计算响应的功率谱密度方法。借助标准的随机平均法,首先得到了振动结构随机响应振幅的稳态概率密度。对于原振动结构的非线性项,运用改进的统计线性化方法得到了均方意义下的等价线性振动结构,并求得了其响应的依赖于振幅的条件功率谱密度。综合以上的结果,针对随机振动响应的功率谱密度的估计,通过与数值模拟结果进行验证,从而证明了所提方法的有效性和准确性。     

论Hertz接触问题解的不唯一性

本文根据积分方程的理论,对Hertz接触问题的积分方程的特点进行了分析,指出该问题的解不是唯一的。     

低速非达西渗流动边界问题的积的分解

研究了低渗透油藏低速非达西径向流的动边界问题,给出了高精度的积分解,分析了启动压力梯度对压力分布的影响,发现启动压力梯度越大,井底附近压力下降越快,外边界传播越慢．     

非完整动力学逆问题的基本解法

本文绘出非完整动力学逆问题的两种基本提法和解法,包括运动方程的构成以及运动方程的修改     

用MVM准则求解轴对称弹塑性问题

本文采用MVM 屈服准则,用相关联流动法则建立材料的本构关系.对于实际工程中常见的轴对称问题(平面应力、平面应变),进行弹塑性分析,给出求解问题的一组微分方程.采用Prager 假设,给出应力场和位移场.在分析中可以看出:对于平面应变问题,当v≠0.5时,求解应力场的问题是非静定的;当v=0.5或在平面应力问题中,求解应力的问题是静定的,方程组易于求解.通过数值计算考察SD 效应对结构的影响.结果表明,在压缩过程中,SD 效应增强了结构抵抗塑性变形的能力.     

非完整系统的第一积分与其变分方程特解的联系

本文给出非完整系统的变分方程,研究它们的解,并证明在一定条件下可利用第一积分来得到变分方程的特解,最后举例说明其应用。     

弹性动力学反问题的不适定性及其广义解

讨论了三类不适定性问题的广义解,通过对反问题不适定性的分析,揭示了这样的事实,即试图通过有限且带有误差的测量数据,完全和精确地反演介质参数或源参数是不现实的,能够获得的只能是实际介质或源的某种近似,或说对实际介质或源的不同模糊程度的“像”,不适定问题的广义解实质上就是这种模糊的、像。     

弹性力学空间轴对称问题通解的研究

本文证明了横观各向同性弹性力学空间轴对称问题的通解是完备的.这里φ满足同时得到了轴对称问题一个新的完备通解这里φ满足     

处理一种非线性问题迭代法的计算机方法

本文依非线性问题的积分方程组,按迭代法得出一般迭代表达式.由此,任意次迭代解的所有待定系数可用计算机计算,使研究复杂的非路性问题成为可能.     

环形板与扇形板弯曲问题的级数解

由板的基本方程,将位移和荷载沿环向展开为傅里叶级数,可得用傅里叶级数及多项式表示的环形板和直边简支的扇形板的级数解.还用富里叶级数处理沿径向分段连续荷载的问题.     

GENERAL SOLUTION OF PLANE PROBLEM OF PIEZOELECTRIC MEDIA EXPRESSED BY "HARMONIC FUNCTIONS

I.IntroductionBecauseofthecouplingcharacteristicbetweenthemechanicaldeformationandthee1ectricaleffect,piezoelectricmaterialshavebeenwidelyusedintransducersandsmartstructures.Moreandmoreattentionshavebeenpaidonsuchmaterials,andgreatadvanceshavebeenmadeinva…