柱形域椭圆型偏微分方程的横向本征函数的解法

一、引 论核柱形结构在工程中是常见的,它的求解方法有很大的实际意义也很有理论价值。例     

分层介质中非平稳随机波的精细求解

求解分层各向异性介质中非平稳随机波的传播问题.研究基岩受非平稳随机激励时地面的响应.运用精细积分法与扩展的 Wittrick-williams 算法求解分层介质地基系统的固有频率和振型.再联合应用振型叠加法、虚拟激励法和精细积分方法求解分层各向异性介质中非平稳随机波传播问题的微分方程,以求得地面随机响应的功率谱密度.     

时间-空间混和有限元

分析动力学与分析结构力学在数学理论上是一致的.振动与结构力学问题,其实只是一个符号之差.分析力学方法对两方面可通用.双曲型偏微分方程与椭圆型偏微分方程也是差一个符号.虽然性质不同,但分析上有共同之处.本文提出在有限元分析方面,不用对时间、空间分别离散而是组成混和的时空混和有限元网格.数值结果表明,时空混和有限元是有前途的.     

位移法浅水波方程的解及其特性

不同于传统流体力学,在Lagrange坐标下推导浅水波方程.若将水平位移作为基本变量,则推导出的浅水波数学模型可描述为固体力学的非线性大位移问题.运用不可压缩条件,通过变分原理推导出位移法浅水波方程,给出椭圆函数形式的行波解,并分析孤波解产生的条件.该基础研究建立了在分析结构力学中分析浅水波问题的理论基础,有利于进一步开展水动力学的研究.     

浅水动边界问题的位移法模拟

为精确模拟浅水波非线性演化过程中的动边界,提出一种基于位移的Hamilton变分原理,并进而导出一种基于位移的浅水方程（Shallow Water Equation based on Displacement,SWE D）.SWE D以位移为基本未知量,可以精确满足动边界处的零水深要求并精确捕捉动态边界位置,且解具有协调性.在Hamilton变分原理的框架下,分别采用有限元和保辛积分算法对该浅水方程进行空间离散和时间积分,可有效地处理不平水底情况,保证对非线性演化进行长时间仿真的精度.数值算例表明该方法适用于浅水动边界问题的数值模拟.     

基于对偶变量变分原理和两端动量独立变量的保辛方法

将广义位移和动量同时用拉格朗日多项式近似,并选择积分区间两端动量为独立变量,然后基于对偶变量变分原理导出了哈密顿系统的离散正则变换和对应的数值积分保辛算法．当位移和动量的拉格朗日多项式近似阶数满足一定条件时,可以自然导出保辛算法的不动点格式．通过数值算例讨论了位移和动量采用不同阶次插值所需最少Gauss积分点个数,并讨论了位移插值阶数、动量插值阶数以及Gauss积分点个数对保辛算法精度的影响,说明了上述不动点格式恰好是一种最优格式．     

时间有限元与保辛

初值问题的时间积分经常采用差分近似。保守体系的特点是保辛。但通常的差分格式并不考虑保辛的性质,即使对保守体系。但有限元是自动保辛的,即使采用小参数摄动时,仍能保辛。文中先验证时间积分有限元的数值效果。再考虑齐次有阻尼Duffing方程的积分,它也可变换到时变的Hamilton系统,采用正则变换法摄动然后保辛积分可得满意结果。进一步又数值积分了二自由度齐次有阻尼Duffing方程的积分。     

电磁共振腔的节点有限元法

电磁场节点有限元法因未强加电场散度为零的条件而一直受到伪解出现的困扰.本文针对电磁共振腔问题,给出在频域的Maxwell方程表达式.通过引入Lorentz条件,推导出电磁共振腔二类变量和三类变量的变分原理,由此提出了新的电磁共振腔节点有限元法,避免了伪解的出现.最后用子空间叠代法求解了共振腔的本征值问题.数值算例表明本文方法是有效可行的.     

广义特征值问题的快速傅里叶变换法

针对广义特征值问题提出离散傅里叶变换法。该方法把结构的动力响应看作是一种信号,利用快速傅里叶变换进行分析,从而得到结构的振动频率。该方法避免对刚度矩阵求逆,可同时计算出所有的特征值,是一种直接方法。数值算例验证了该方法的正确性。     

考虑控制器时滞的建筑结构减振H∞控制方法

在状态空间下直接对结构振动的时滞微分方程离散，并引入适当的增广向量将之转化为不显含时滞项的标准离散形式。在此基础上采用离散的H∞反馈控制理论完成了建筑结构减振控制器的设计，对于地震激励的不确定性有很好的鲁棒性。得到的控制器含有对滞后控制量的线性组合，反映了时滞因素的影响，对大时滞情况也有效。最后通过算例仿真与分析验证了这种控制器的有效性。