基于祖冲之类方法具有保辛性

分析微分-代数方程的祖冲之类算法可以在时间格点上精确满足约束方程,计算格式简单,易于编程计算,因此十分实用。本文证明,基于祖冲之类方法不仅保约束,同时还保辛。     

基于辛本征空间的线性阻尼振动系统动力学分析

对于考虑阻尼项和陀螺项的一般线性动力学振动系统,建立基于辛本征空间展开求解的一般方法.基于Rayleigh商本征值的模态展开方法被广泛应用于复杂结构动力系统振动分析,但对于很多机械系统,由于其不能有效考虑陀螺效应的影响,其适用性却受到很大限制.该文首先讨论了无阻尼系统Rayleigh商本征值问题与辛本征值问题的对应关系,表明前者实际可由后者的一种退化形式给出（也即忽略陀螺效应）,而后者更具有一般性.在此基础上,进一步基于辛本征空间本征向量展开,推导了同时考虑阻尼和陀螺系统的一般线性动力学系统的有效求解方法.数值算例选取不考虑陀螺效应及考虑陀螺效应的两种线性阻尼振动系统对所提出的方法进行了验证,分析结果表明了该文所建立方法的正确性和有效性.     

一维离散结构能带结构与表面态的辛分析方法

本文基于辛几何方法推导了一维离散周期结构、半无穷周期结构和含杂质半无穷周期结构的本征方程,力求建立一个完整的辛分析体系。通过辛分析,将一维离散半无限周期结构转化到一个元胞上求解,大大简化了计算量。对于含杂质半无穷周期结构,结合辛分析和W-W算法,给出求解含杂质半无穷周期结构本征值问题的精确、稳定和高效算法。数值算例说明了本文算法的有效性。     

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.      

《余能理论》引领中国变分原理的研究

正今年是钱令希院士诞辰100周年,带着崇敬的心情我们缅怀先生的一生。作为一名杰出的科学家,除了在很多研究工作中取得优秀的成果,钱令希先生的战略眼光更值得我们学习。1950年钱令希先生在中国科学杂志发表《余能理论》[1]。论文中钱令希先生引用了Westergaard 1941年关于余能原理的论文,特别引用了Westergaard的观点,认为余能方法没有受到与其价     

无网格模型的子结构分析

提出一种无网格模型的子结构分析方法。基于界带分析方法,处理无网格模型子结构之间的连接,能够保证各个子结构之间无缝连接,从而使无网格子结构模型与原无网格模型等价,同时还能够降低无网格刚度方程的计算规模。数值算例表明,本文方法是正确可靠的,可以保证各个子结构之间无缝连接。     

基于哈密顿动力系统新变分原理的保辛算法之二：算法保辛性质证明

文献[1]给出了哈密顿系统的一个新的变分原理,并基于此变分原理,通过选择一个时间步长两端不同广义位移或广义动量为独立变量,给出了四种不同类型的求解哈密顿动力系统的数值方法。本文将分别证明这四类数值方法都是保辛的数值方法。     

Improved precise integration method for differential Riccati equation

An improved precise integration method(IPIM) for solving the differential Riccati equation(DRE) is presented.The solution to the DRE is connected with the exponential of a Hamiltonian matrix,and the precise integration method(PIM) for solving the DRE is connected with the scaling and squaring method for computing the exponential of a matrix.The error analysis of the scaling and squaring method for the exponential of a matrix is applied to the PIM of the DRE.Based on the error analysis,the criterion for choosing two parameters of the PIM is given.Three kinds of IPIMs for solving the DRE are proposed.The numerical examples show that the IPIM is stable and gives the machine accuracy solutions.     

非线性最优控制问题的保辛多层次求解方法

将非线性系统的最优控制问题导向Hamilton系统,提出了求解非线性最优控制问题的保辛多层次方法．首先,以时间区段两端状态为独立变量并在区段内采用Lagrange插值近似状态和协态变量,通过对偶变量变分原理将非线性最优控制问题转化为非线性方程组的求解．然后,在保辛算法的具体实施过程中提出了多层次求解思想,以2N类算法为基础由低层次到高层次加密离散时间区段,利用Lagrange插值得到网格加密后的初始状态与协态变量作为求解非线性方程组的初值,可提高计算效率．数值算例验证了算法在求解效率与求解精度上的有效性．     

On the stability analysis of plates and shells using a quadrilateral, 16-degrees of freedom plat shell element DKQ16

The linear buckling problems of plates and shells were analysed using a recently developped quadrilateral, 16-degrees of freedom flat shell element ( called DKQ16 ). The geometrical stiffness matrix was established. Comparison of the numerical results for several typical problems shows that the DKQ16 element has a very good precision for the linear buckling problems of plates and shells.