弹性地基上Euler-Bernoulli梁的临界荷载计算

研究运用微分求积法(DQM)求解了弹性地基上功能梯度Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载。首先基于Euler-Bernoulli梁理论,将弹性地基上功能梯度Euler-Bernoulli梁临界荷载的计算转化为一组变系数常微分方程的特征值问题,由微分求积法可以一次性地计算出Euler-Bernoulli梁的临界荷载。梁上离散节点采用非均匀等比数列和切比雪夫多项式的根两种布点方式,根据微分求积法计算梁的屈曲临界荷载时,二者的计算精度等价,且计算值与已有文献结果完全吻合,证明了微分求积法求解弹性地基上Euler-Bernoulli梁临界荷载的可行性和精确性。

功能梯度梁临界荷载与固有频率的微分求积法计算

运用微分求积法(DQM)研究了轴向功能梯度变截面Euler-Bernoulli梁的屈曲临界荷载和固有频率,以及轴向荷载对功能梯度变截面梁固有频率的影响。首先基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了求解功能梯度材料Euler-Bernoulli变截面梁屈曲临界荷载和固有频率的变系数常微分方程;然后基于微分求积法原理将梁的变系数常微分方程的特征值问题转化为一组线性代数方程组的特征值问题;再由QR法计算获得功能梯度变截面梁的屈曲临界荷载和固有频率。数值计算结果表明,采用等步长均匀网格时,微分求积法计算数值不稳定甚至失真,而用变步长非均匀网格获得计算值精度较高,如切比雪夫多项式的根作为离散节点分布形式;研究还表明,轴向拉力使梁的固有频率增大,压力使梁的固有频率减小,当第1阶固有频率为零时,对应的轴向压力即为梁的屈曲临界荷载。

微分求积法在常微分方程教学中的应用

讨论了微分求积法在二阶常微分方程教学中的应用。基于微分求积法基本思想,将二阶常微分方程两点边值问题转化为高斯消元法求解线性代数方程组问题。通过3个教学实例,验证了微分求积法在教学过程中求解线性和非线性二阶常微分方程的精确性,让学生体会到求解方法的多样性。