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A varying time-step explicit numerical inte-gration algorithm for solving motion equa-tion
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作者 周正华 王宇欢 +2 位作者 刘泉 尹晓涛 杨程 《Acta Seismologica Sinica(English Edition)》 EI CSCD 2005年第2期239-244,255,共7页
If a traditional explicit numerical integration algorithm is used to solve motion equation in the finite element simulation of wave motion, the time-step used by numerical integration is the smallest time-step restric... If a traditional explicit numerical integration algorithm is used to solve motion equation in the finite element simulation of wave motion, the time-step used by numerical integration is the smallest time-step restricted by the stability criterion in computational region. However, the excessively small time-step is usually unnecessary for a large portion of computational region. In this paper, a varying time-step explicit numerical integration algorithm is introduced, and its basic idea is to use different time-step restricted by the stability criterion in different computational region. Finally, the feasibility of the algorithm and its effect on calculating precision are verified by numerical test. 展开更多
关键词 finite element simulation of wave motion motion equation explicit numerical integration algo-rithm time-step numerical test
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Stability conditions of explicit integration algorithms when using 3D viscoelastic artificial boundaries
2
作者 Bao Xin Liu Jingbo +2 位作者 Li Shutao Wang Fei Lu Xihuan 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 SCIE EI CSCD 2022年第4期929-945,共17页
Viscoelastic artificial boundaries are widely adopted in numerical simulations of wave propagation problems.When explicit time-domain integration algorithms are used,the stability condition of the boundary domain is s... Viscoelastic artificial boundaries are widely adopted in numerical simulations of wave propagation problems.When explicit time-domain integration algorithms are used,the stability condition of the boundary domain is stricter than that of the internal region due to the influence of the damping and stiffness of an viscoelastic artificial boundary.The lack of a clear and practical stability criterion for this problem,however,affects the reasonable selection of an integral time step when using viscoelastic artificial boundaries.In this study,we investigate the stability conditions of explicit integration algorithms when using three-dimensional(3D)viscoelastic artificial boundaries through an analysis method based on a local subsystem.Several boundary subsystems that can represent localized characteristics of a complete numerical model are established,and their analytical stability conditions are derived from and further compared to one another.The stability of the complete model is controlled by the corner regions,and thus,the global stability criterion for the numerical model with viscoelastic artificial boundaries is obtained.Next,by analyzing the impact of different factors on stability conditions,we recommend a stability coefficient for practically estimating the maximum stable integral time step in the dynamic analysis when using 3D viscoelastic artificial boundaries. 展开更多
关键词 explicit time domain integration viscoelastic artificial boundary numerical stability local subsystem transfer matrix
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结构动力学中的广义多步显式积分算法 被引量:6
3
作者 杨超 朱涛 +3 位作者 杨冰 阳光武 鲁连涛 肖守讷 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期133-140,共8页
为了开发新的时间积分算法,通过对独立变量加速度的加权,提出了广义多步显式积分算法(GMEM).首先,在加速度显式法的基础上给出了通用的积分格式;其次,分析了所提算法的稳定性、数值耗散、数值色散和精度;最后,通过2个算例对3个广义多步... 为了开发新的时间积分算法,通过对独立变量加速度的加权,提出了广义多步显式积分算法(GMEM).首先,在加速度显式法的基础上给出了通用的积分格式;其次,分析了所提算法的稳定性、数值耗散、数值色散和精度;最后,通过2个算例对3个广义多步显式积分算法(GMEM1、GMEM2和GMEM3-2)以及HHT-α法和Newmark法进行了对比分析.分析结果表明:本文所提算法是条件稳定的,在无阻尼系统中谱半径恒等于1;3步广义多步显式法最高具有3阶精度,在无阻尼系统中不存在数值耗散;GMEM2的均方根误差约为Newmark法的1/2,约为GMEM3-2的1.8倍. 展开更多
关键词 结构动力学 显式积分算法 数值算法 稳定性 精度
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有阻尼动力方程显式积分方法的精度研究 被引量:9
4
作者 王进廷 张楚汉 金峰 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期1-5,共5页
在动力问题分析中,一种好的显式积分方法不仅要具有良好的稳定性,而且还要具有良好的计算精度。对几种有阻尼动力方程显式积分方法的精度问题进行了分析,研究了各自的局部截断误差、数值阻尼比和相对周期误差。这一研究将有助于更加全... 在动力问题分析中,一种好的显式积分方法不仅要具有良好的稳定性,而且还要具有良好的计算精度。对几种有阻尼动力方程显式积分方法的精度问题进行了分析,研究了各自的局部截断误差、数值阻尼比和相对周期误差。这一研究将有助于更加全面地了解这些积分格式的性能。 展开更多
关键词 结构动力学 动力方程 显式积分 计算精度 数值阻尼 周期误差
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一种工程实用的数值积分方法 被引量:2
5
作者 张艳红 陈善阳 胡晓 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期39-45,共7页
在实际工程结构动力反应分析中,往往由于结构型式十分复杂,常用的两种直接积分方法,即显式积分方法和隐式积分方法,在使用中都存在着一定的局限性,如何将这两种积分方法合理有效地结合起来,是一个十分有意义的研究课题。针对实际工程问... 在实际工程结构动力反应分析中,往往由于结构型式十分复杂,常用的两种直接积分方法,即显式积分方法和隐式积分方法,在使用中都存在着一定的局限性,如何将这两种积分方法合理有效地结合起来,是一个十分有意义的研究课题。针对实际工程问题中整体结构计算时间步长的选择往往受局部区域的材料特性、尺寸大小等因素影响的这一现象,提出了一种对结构局部区域进行隐式积分、对其余区域进行显式积分的工程实用的显隐式数值积分方法,这种积分格式相对于显式积分格式而言,能显著提高整体结构的计算速度。最后采用三个数值计算实例对这一方法进行验证。 展开更多
关键词 数值计算 积分方法 显隐式积分 显式积分 隐式积分 局部区域
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时域逐步积分算法稳定性与精度的对比分析 被引量:5
6
作者 刘祥庆 刘晶波 丁桦 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A01期3000-3008,共9页
选取8种时域逐步积分算法,系统对比分析算法的稳定性和计算精度。介绍时域逐步积分算法理论精度和计算精度的概念:计算时间步长趋于0时算法表现出来的精度为理论精度,而在实际计算中一般选取在满足稳定性条件下尽可能大的时间步长,此时... 选取8种时域逐步积分算法,系统对比分析算法的稳定性和计算精度。介绍时域逐步积分算法理论精度和计算精度的概念:计算时间步长趋于0时算法表现出来的精度为理论精度,而在实际计算中一般选取在满足稳定性条件下尽可能大的时间步长,此时算法表现出来的精度为计算精度。分析结果表明,算法的计算精度与理论精度是不一致的,算法的计算精度与其振幅衰减率和周期延长率相一致。对算法的计算精度从理论上进行推导分析,得到无阻尼情况下振幅衰减率与周期延长率的显式表达公式。给出线弹性和弹塑性情况下的单自由度结构振动算例,对算法在弹塑性情况下的表现进行初步研究。结合算例计算结果与理论分析,可以清楚地揭示不同算法在实际计算中的表现,从而为在实际计算中选取合适的积分算法提供参考。 展开更多
关键词 数值分析 显式积分方法 稳定性 计算精度 振幅衰减率 周期延长率
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结构体系动力方程求解的显式积分格式的能耗特性 被引量:11
7
作者 李小军 唐晖 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期28-33,共6页
针对作者提出的结构体系动力方程求解的一种显式积分格式,探讨其数值计算能耗特性即算法阻尼特性,导出了其算法阻尼值随体系的物理阻尼和结构体系振动频率值变化的关系,并进一步讨论了该积分格式用于无限介质波动的数值模拟中抑制或消... 针对作者提出的结构体系动力方程求解的一种显式积分格式,探讨其数值计算能耗特性即算法阻尼特性,导出了其算法阻尼值随体系的物理阻尼和结构体系振动频率值变化的关系,并进一步讨论了该积分格式用于无限介质波动的数值模拟中抑制或消除透射边界引起的计算高频失稳问题,给出了该积分格式与中心差分格式的对比分析算例。 展开更多
关键词 结构工程 结构动力方程 显式积分格式 数值计算能耗 透射边界 高频失稳
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采用黏弹性人工边界时显式算法稳定性条件 被引量:5
8
作者 刘晶波 宝鑫 +1 位作者 李述涛 王菲 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期121-134,共14页
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界... 黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时,受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响,人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格,尚无明确、实用的稳定性判别准则,这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界,利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则,给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素,证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基础上,获得了含黏弹性人工边界的整体模型在显示动力计算中的统一稳定性判别准则和简化实用计算方法。在实际应用中,令积分时间步长满足稳定性条件,即可顺利完成整体模型的动力计算。以上研究可为将黏弹性人工边界应用于显式动力计算时积分时间步长的合理选取提供参考。 展开更多
关键词 显式时域逐步积分 黏弹性人工边界 数值稳定性 局部子系统 传递矩阵
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结构动力学方程的显式与隐式数值计算 被引量:11
9
作者 李初晔 王增新 《航空计算技术》 2010年第1期58-62,66,共6页
从理论上详细推导了动力学方程的显式隐式时间积分数值计算方法,针对经典中心差分格式在求解阻尼结构计算效率降低的问题,研究提出了一种新的显式积分格式,理论证明该数值积分格式能够处理各种复杂阻尼状态而不降低计算效率。对于不同... 从理论上详细推导了动力学方程的显式隐式时间积分数值计算方法,针对经典中心差分格式在求解阻尼结构计算效率降低的问题,研究提出了一种新的显式积分格式,理论证明该数值积分格式能够处理各种复杂阻尼状态而不降低计算效率。对于不同的时间步长通过设定调节加速度参数,能得到比经典显式计算格式和NEWMARK逐步时间积分更高的精度,最后通过数值算例对三种计算格式的理论分析进行了验证。 展开更多
关键词 中心差分格式 数值积分 隐式算法 显式算法 逐步时间积分
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基于L-稳定的显式积分法的电磁暂态仿真计算方法 被引量:3
10
作者 汪芳宗 朱萌瑶 +1 位作者 鄢皓文 叶小晖 《电力系统保护与控制》 CSCD 北大核心 2021年第17期10-17,共8页
对电力电子化电力系统的电磁暂态仿真计算,除经常面临状态变量的突变现象以外,还存在间断现象或间断问题。临界阻尼调整方法(Critical Damping Adjustment,CDA)可避免状态变量的突变所导致的数值振荡问题,但CDA方法不太适合处理间断问... 对电力电子化电力系统的电磁暂态仿真计算,除经常面临状态变量的突变现象以外,还存在间断现象或间断问题。临界阻尼调整方法(Critical Damping Adjustment,CDA)可避免状态变量的突变所导致的数值振荡问题,但CDA方法不太适合处理间断问题。事实上,经典的CDA方法通常是“忽略”间断问题。为进一步优化电磁暂态仿真计算,采用泰勒级数的Padé逼近推导出一类显式且L-稳定的数值方法,既可彻底避免数值振荡问题,也能有效处理间断问题。因此,可以用此类显式方法来替换CDA方法中的隐式欧拉法,其中L-稳定的显式方法专门用于处理突变现象以及间断问题,而隐式梯形积分法主要用于处理其他的状态变量。理论分析以及初步的算例结果表明,相对于经典的CDA方法,这种新的组合方法在面临频繁的间断问题时具有更高的计算效率。 展开更多
关键词 电磁暂态 数值振荡 临界阻尼调整 间断问题 显式积分法 PADÉ逼近
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结构动力学方程的显式积分格式 被引量:4
11
作者 刘恒 廖振鹏 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2009年第1期32-43,共12页
本文从空间解耦有限元常微分方程组出发,探讨了结构动力学方程的高精度显式积分格式。通过被积函数的拉格朗日多项式内插和分部积分导出了波动数值模拟的一组显式时步积分公式。这组公式是时间和空间解耦的,即波场内任一离散节点在任一... 本文从空间解耦有限元常微分方程组出发,探讨了结构动力学方程的高精度显式积分格式。通过被积函数的拉格朗日多项式内插和分部积分导出了波动数值模拟的一组显式时步积分公式。这组公式是时间和空间解耦的,即波场内任一离散节点在任一时刻的波动数据可以用这组公式依据该节点及其邻近节点在该时刻之前的n+1个时刻的波动数据显式地算出(n为非负整数),阐明了这组公式的如下特点:第一,其截断误差的量级不超过O(Δtn+3),Δt为时间步距。第二,它不仅可用于线性波动的数值模拟,而且可用于本构方程具有强非线性情形。第三,这组公式也可推广应用于一系列数学物理暂态问题的数值求解。针对一个简单的时不变系统初步分析了此组积分格式的稳定性。但是,对其稳定性尚需作进一步研究。 展开更多
关键词 波动 数值模拟 结构动力学方程 显式积分 有限元 非线性
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结合动量方程及显式γ函数法的拟动力试验方法 被引量:1
12
作者 田石柱 王大鹏 宋坤 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2011年第1期9-13,共5页
研究了一种适合实时或快速拟动力试验的数值积分方法——动量方程方法,阐述了动量方程方法的原理,结合显式γ函数法求解隐式方程,得到了拟动力试验实用的显式位移表达式。选用合适的参数,对一根悬臂钢柱进行了拟动力试验。试验结果与中... 研究了一种适合实时或快速拟动力试验的数值积分方法——动量方程方法,阐述了动量方程方法的原理,结合显式γ函数法求解隐式方程,得到了拟动力试验实用的显式位移表达式。选用合适的参数,对一根悬臂钢柱进行了拟动力试验。试验结果与中心差分法得到的试验结果吻合较好,从而验证了积分方法的可行性和有效性,可以作为速度相关型结构或构件拟动力试验的数值积分方法。 展开更多
关键词 动量方程 γ函数法 显式表达式 数值积分方法 拟动力试验
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基于动态加速度显式数值流形法的边坡稳定性分析 被引量:3
13
作者 余荣春 莫敏华 《金属矿山》 CAS 北大核心 2020年第11期53-58,共6页
为增强数值流形法(Numerical Manifold Method,NMM)处理大规模非线性动力学问题的精度,借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势,同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连续问题的特点,提出了动态加速度显式数值流形法... 为增强数值流形法(Numerical Manifold Method,NMM)处理大规模非线性动力学问题的精度,借助显式积分算法在处理大规模非线性问题方面的优势,同时延续NMM可在同一计算架构下处理连续—不连续问题的特点,提出了动态加速度显式数值流形法。定义加速度在单个时间步长内呈线性变化,推导了动态加速度显式积分算法公式,并进行了动态加速度显式数值流形法稳定性测试,最后将该方法应用到某露天矿岩质边坡稳定性分析中。研究表明:当程序运算总时步数越多,块体数目越多时,动态加速度显式数值流形法相较于传统NMM的优势越明显,进一步印证了该方法在处理大规模非线性动力学问题的可行性。露天矿边坡失稳模式为中上部推移式滑坡,考虑到滑坡体厚度约为30 m以及滑坡体的实际状况,推荐采取对滑坡体及失稳面进行注浆加固的方式,增强其自承载能力来提高其稳定性,进而也可支撑滑坡体后方边坡。 展开更多
关键词 露天矿 数值流形方法 显式积分算法 岩质边坡 稳定性分析
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大型结构动力分析的Newmark显式算法 被引量:11
14
作者 翟婉明 《重庆交通学院学报》 1991年第2期33-41,共9页
本文基于结构动力分析中广泛采用的Newmark(隐式)积分方法,构造了一类显式积分格式,称之为“Newmark显式算法”。与一般的显式法(如中心差分法)不同,该方法积分过程甚为简捷,只要其质量阵是对角阵或经对角化而不论阻尼阵如何复杂,积分... 本文基于结构动力分析中广泛采用的Newmark(隐式)积分方法,构造了一类显式积分格式,称之为“Newmark显式算法”。与一般的显式法(如中心差分法)不同,该方法积分过程甚为简捷,只要其质量阵是对角阵或经对角化而不论阻尼阵如何复杂,积分中都无须求解线性代数方程组。这就大大节省了计算内存与时间,因而用于分析工程中大型非线性结构动力问题可以显著地提高计算效率与经济性。文中讨论了方法的精度与稳定性,给出了若干数值算例,并具体分析了二个工程应用实例。 展开更多
关键词 结构动力学 大型 计算结构力学 数值积分 显式法 NewmarK积分方法
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求解运动方程的一种不等时间步长的显式数值积分方法
15
作者 周正华 王宇欢 +2 位作者 刘泉 尹晓涛 杨程 《地震学报》 CSCD 北大核心 2005年第2期225-229,237,共5页
在波动有限元模拟中, 若采用传统的显式数值积分方法求解运动方程, 计算时间步长需采用计算区内满足稳定条件要求的最小时间步长. 然而, 对于大部分计算区域, 这一时间步长过小, 是不必要的. 本文提出了一种不等时间步长的显式数值积分... 在波动有限元模拟中, 若采用传统的显式数值积分方法求解运动方程, 计算时间步长需采用计算区内满足稳定条件要求的最小时间步长. 然而, 对于大部分计算区域, 这一时间步长过小, 是不必要的. 本文提出了一种不等时间步长的显式数值积分方法, 其基本思想是不同的计算区域采用满足各自稳定条件的计算时间步长. 最后, 本文通过数值试验检验了这一方法的可行性及其对数值计算精度的影响. 展开更多
关键词 波动有限元模拟 运动方程 显式数值积分方法 时间步长 数值试验
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一种简易模拟旋压的数值仿真方法
16
作者 刘长虹 赵礼辉 +6 位作者 刘新田 陆广义 刘玉亭 杨国平 赵小勇 常楠 孙新毅 《上海工程技术大学学报》 CAS 2007年第2期97-99,共3页
利用ABAQUS软件的显式积分计算模块,建立了一种简化的旋压加工模拟计算模型。考虑不同的加工材料性质、不同的加工毛坯形状,模拟旋压加工的工艺,计算结果表明了这种方法的有效性。
关键词 强力旋压 ABAQUS显式积分模块 数值模拟
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P—Ⅲ型分布参数估计的概率权函数原点矩法及其应用 被引量:2
17
作者 林洪孝 符连申 《华北水利水电学院学报》 1994年第3期80-87,共8页
本文提出了P—Ⅲ型分布参数估计的概率权函数原点矩法,为减少“求短差”对参数估计的影响,本文应用了开型数值积分的处理方法,其效果明显。检验的结果表明,概率权函数原点矩法是可行的。
关键词 概率权函数 原点矩 分布函数 参数估计 水文分析
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钛合金热粘塑性本构关系的子程序开发及有限元验证
18
作者 李云飞 曾祥国 《钛工业进展》 CAS 北大核心 2018年第1期14-19,共6页
目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQU... 目前大型有限元商业软件中包含一些常见的金属热粘塑性本构模型有限元程序,但由于不同的具体工程应用问题,这些软件中的模型通常无法满足对高速冲击或切削等条件下材料性能的描述。针对这一问题,本研究引入一种显式积分算法,并通过ABAQUS用户子程序接口将用户自定义的金属热粘塑性本构模型进行了数值程序实现。对比实验数据可见,VUMAT子程序可较准确地描述TC4钛合金的应变率强化与温度软化效应。此外,通过与ABAQUS软件自带的Johnson-Cook本构模型数值模拟结果对比发现,两者吻合良好,且子程序在计算效率方面明显优于前者,为金属材料在高速冲击或切削加工等条件下的数值模拟提供了技术支撑。 展开更多
关键词 热粘塑性 本构方程 显式积分算法 数值模拟 高速切削
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动力有限元方程显式逐步积分格式稳定性条件
19
作者 景立平 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第A01期5120-5124,共5页
利用单元的最大频率是系统的特征频率的上界的概念,结合模态分析方法,对常用的动力有限元方程的2种显式逐步积分格式的稳定性进行了分析,给出了便于实际应用的稳定性条件,并利用算例对给出的稳定性条件进行了验证。
关键词 数值模拟 有限元 显式积分格式 稳定性
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非线性动力系统精细积分下的显式级数解 被引量:9
20
作者 李金桥 于建华 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 2002年第2期24-27,共4页
基于钟万勰等提出的指数矩阵精细算法 ,对n维未知向量v的一阶微分方程 v=Hv +f(v ,t)进行求解 ,其中Hv和f(v ,t)分别是右端项的线性齐次部分和非线性部分。将非线性部分在所论时刻tk处展成t-tk=τ的Taylor级数形式 ,并通过指数矩阵eHt... 基于钟万勰等提出的指数矩阵精细算法 ,对n维未知向量v的一阶微分方程 v=Hv +f(v ,t)进行求解 ,其中Hv和f(v ,t)分别是右端项的线性齐次部分和非线性部分。将非线性部分在所论时刻tk处展成t-tk=τ的Taylor级数形式 ,并通过指数矩阵eHt 及其精细算法对状态方程直接积分 ,推导出状态方程的级数形式闭合解 ,此解的精度易于控制。算法不需对矩阵 [H]求逆 ,数值计算的稳定性及效率均可确保 ,对大型问题计算更为有利。 展开更多
关键词 非线性振动 数值积分 非线性动力方程 精细积分法 指数矩阵 显式级数 非线性动力系统
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