分段线性系统经典数学模型的修正与动力学分析

由于间隙的存在,很多机械系统可以简化为分段线性模型,而简化后的模型中副簧系统通常包含阻尼.在大多数文献建立的数学模型中,主、副系统的接触点与分离点固定在间隙处.文章研究发现,由于副簧系统中弹簧与阻尼的力学特性不同,主、副系统的接触点与分离点位置实际上是随着系统参数和运动状态而变化的.若忽视这一点,后续的包括分岔和混沌在内的动力学分析就会出现误差甚至错误.首先基于经典的数学模型,用数值方法揭示了在简谐激励下主系统未返回到间隙处就与副簧系统提前分离,证明了经典数学模型的不当之处.进一步研究发现主系统不仅会出现提前分离,还会出现接触滞后的现象.因此对系统的接触与分离条件提出了修正,得到了更合理的数学模型.研究发现修正后的接触点、分离点位置与修正前相差较大,修正后的幅频响应曲线与修正前存在一定差别;在复杂运动中,修正前后的运动性质也可能发生改变,证明了修正后的模型更加合理,更能反映工程实际.然后,采用平均法并对平均法的积分区间进行推广,求得了修正模型的幅频响应的解析解,并通过龙格库塔法验证了解析解的正确性.对解析解进行稳定性分析,得到了解析解的稳定性判别式.最后,探究了修正模型的副簧系统参数对主系统幅频响应的影响.

求解非线性动力学方程的分段直接积分法

针对n维未知向量v的一阶微分方程 dv/dt=Hv+f(v,t)进行求解．首先,将非线性部分f(v,t)在所论时刻tk处用t-tk=τ的j次多项式来近似,然后借助分段直接积分法,导出了各段内的、用τ的解析函数表达的求解公式,通过选取j值,可获得一系列具有不同精度的近似解,便于研究非线性动力学行为与其物理参数的依赖关系．为适应实际计算,还全面讨论了上述多项式的确定方法,其中包括避免求f(v,t)导数的算法．算例表明所提出的方法不仅可用于求解非线性动力响应问题,而且对研究解的形态和稳定性,如对吸引子、极限环、二次Hopf分岔等的分析也不失为一个有效的工具．

基于微分方程和非线性动力学的水源污染机理分析

河水流经地表时会渗入地下,补给地下水。一旦河流被污染往往在较短时间内导致下游河流或傍河水源受到污染。因此分析河流–地下水系统中有机污染物的对流、弥散和吸附机理具有重要理论意义和社会机制。本文用对流、弥散和吸附的综合微分方程,分析了有机污染物的行为过程。用Linear和Langmuir等温吸附模型结合的双模式函数建立等温非平衡吸附试验模型,用非线性动力学吸附方程描述吸附过程。其次针对一般等温线性吸附模型进行适当优化,对数据进行Matlab最小二乘法数值拟合,借助有限差分法和Matlab软件得出了模型在有机污染物对流、弥散时的解,即污染物浓度与距离和时间之间的关系的三维视图以及污染物扩散逐渐缓慢的结论。

行星齿轮传动非线性动力学方程求解与动态特性分析

发展了单自由度解析谐波平衡法的应用。对行星齿轮传动系统的多自由度非线性动力学微分方程组，在考虑刚度波动的情况下，推导了行星齿轮系统微分方程组的解析谐波平衡法的计算公式，并采用Ｂｒｏｙｄｅｎ迭代方法求解非线性代数方程组。给出一个算例，用上述方法进行求解，得到了行星齿轮传动的非线性频响特性，与相应的线性系统进行了比较。并研究了时变啮合刚度、误差和齿侧间隙对系统非线性动力学行为的影响。

精细积分的非线性动力学积分方程及其解法

给出了非线性动力学积分方程的表达式 ,针对该方程提出了一个显式预测 校正的单步四阶精度的精细积分算法 ,适用于多自由度、强非线性 ,非保守系统 .算例表明该方法精度高。

非线性动力学方程的自适应精细积分

将定常结构动力方程的精细积分算法推广应用于非线性动力学问题的求解.对非线性项的线性化处理使该方法的计算精度对时间步长非常敏感,为此将龙贝格积分法引入该方法,提出了由此而产生的指数矩阵的快速精细算法,从而使时间步长的选择具有了自适应性,计算精度和效率均得到提高.

基于精细积分技术的非线性动力学方程的同伦摄动法

将精细积分技术(P IM)和同伦摄动方法(HPM)相结合,给出了一种求解非线性动力学方程的新的渐近数值方法。采用精细积分法求解非线性问题时,需要将非线性项对时间参数按T ay lor级数展开,在展开项少时,计算精度对时间步长敏感;随着展开项的增加,计算格式会变得越来越复杂。采用同伦摄动法,则具有相对简单的计算格式,但计算精度较差,应用范围也限于低维非线性微分方程。将这两种方法相结合得到的新的渐近数值方法则同时具备了两者的优点,既使同伦摄动方法的应用范围推广到高维非线性动力学方程的求解,又使精细积分方法在求解非线性问题时具有较简单的计算格式。数值算例表明,该方法具有较高的数值精度和计算效率。

非线性动力学常微分方程组高精度数值积分方法

建立了一种求解非线性动力学常微分方程组初值问题的新方法.若非线性函数一阶导数存在,则给出解的积分方程表达式,计算得到按规定误差要求的高精度数值解.引入一般自治或非自治非线性系统的首次近似Jacobi矩阵,不作任何假设重构等价的非线性常微分方程组,简捷而有广泛的适应性,不改变方程的本质,但其主项构成线性化方程组,其它项则代表非线性函数高阶余项而不涉及Taylor级数展开计算,给出该方程组初值问题的Duhamel卷积分解析表达式,在时间步长内进行数值积分迭代求解,在指定误差内快速收敛,逐步递推获得非线性常微分方程的瞬态响应和全时域高精度数值解.积分解连续满足微分方程组而不是在离散的步长端点上满足代数方程组,打破了传统用增量法在离散点上建立的代数方程组迭代求解,从而使传统:Euler型逐步积分法的各种差分格式算法改变成真正的积分格式算法.数值计算中给出指数矩阵递增展开式,变矩阵乘法为乘积系数的加法,避免了大量矩阵自乘而大大提高计算效率.算法验证为无条件稳定,则保证对线性常微分方程而言,计算中舍入误差的传播不会扩散,不出现计算机字长有限而引起舍入误差导致计算不确定性问题.基于以上理论和数值方法,计算了线性非线性算例并进行了分析,验证了本方法简捷而有广泛的适应性,可以?

变质量非线性非完整系统相对运动动力学方程的积分方法

本文给出积分变质量非线性非完整系统相对于非惯性系动力学方程的梯度法，单分量法和场方法·首先，将这类问题的动力学方程表示为正则形式和场方程形式；然后，分别用梯度法，单分量法和场方法积分相应常质量完整系统相对于惯性系的动力学方程。

非线性系统动力学微分代数方程约束违约的自动修正

运用最优控制思想，讨论了多体系统动力学ＤＡＥｓ数值计算方法，推出了约束违约误差可达计算机有效精度的Ｂａｕｍｇａｒｔｅ最佳违约修正系数，给出了具有高精度、高效率、强稳定性的非线性系统动力学约束违约的自动修正方法．数值算例说明了该方法的有效性．

非线性Schrdinger方程的动力学行为分析

采用辛算法数值求解非线性Schr dinger方程的周期初值问题,建立不同的相空间来分析其动力学特性.首先比较分析了不同的相空间中立方非线性Schr dinger方程在不同立方非线性参数下的长时间演化的动力学特性,然后讨论了相空间中立方-五次方非线性Schr dinger方程在不同立方和五次方非线性参数下的长时间演化的动力学特性,数值结果显示,对于不同的立方非线性参数,随着五次方非线性参数的增加,动力学行为的演化路径是不一样的.

非线性大气化学动力学方程组数值解法的比较

大气化学模式中描述化学反应动力学的是一组高度耦合、刚性、非线性的常微分方程组,高效精确的计算方法在空气质量模拟预测、气候化学相互作用研究中尤为重要。本文介绍了求解此类非线性常微分方程组(ODEs)的七种常见的数值计算方法,包括QSSA、MQSSA、HYBRID、MHYBRID、LSODE、Gong&Cho以及TWOSTEP方法,并基于同一反应机理进行24 h的数值模拟,通过对模拟结果的讨论分析,比较了各种方法的优劣。研究结果表明,就计算效率而言,QSSA方法最为省时。就计算精度而言,LSODE方法最优。若综合考虑计算精度和效率,HYBRID、MHY-BRID是比较适中的数值解法。

计入几何非线性时弹性连杆机构动力学方程的求解

当计入几何非线性及刚弹耦合项时，弹性连杆机构的动力学方程是非线性的，本文对这一类型的时变非线性振动方程的求解方法进行了研究，给出了一种实用迭代方法，并用这一方法研究了几何非线性对弹性连杆机构动力学性能的影响，得出了一些有益的结论。

不同方案求解非线性化学动力学方程组的比较

在一个简化的气相化学模式的基础上，比较了Ｈｙｂｒｉｄ、ＱＳＳＡ、Ｓｋｌａｒｅｗ三种计算方案求解非线性化学动力学方程组的差异，并引入误差分配和线性组合两种质量守恒技术，分析它们对模拟结果的影响．研究结果表明：不同方案对有机烃类浓度的计算几乎没有影响，但对其它气态物浓度有一定的影响．用ＱＳＳＡ和Ｓｌａｒｅｗ方案预测的结果更为相近，而采用Ｈｙｂｒｉｄ方案得到的气态物浓度的平衡时间略为提前．从计算效率来看，ＱＳＳＡ方案优于其它两种方案，两种质量守恒技术均能改善模拟结果．

带约束非线性多体系统动力学方程数值分析方法

Lagrange方法是建立带约束多体系统动力学方程的普遍方法之一 ,其方程的形式为微分 代数方程组 ,数值计算与数值分析是研究多体系统动力学特性的重要方法。本文利用缩并法给出了带约束多体系统动力学方程的隐式数值计算方法和Lyapunov指数的计算方法。将数值仿真、Lya punov指数计算和Poincare映射有机结合 ,分析非线性多体系统动力学行为。通过一个算例 。

非线性动力学方程的李级数解法及其应用

分别从推广的微分方程幂级数解的理论和线性算子半群理论等不同的角度研究了非线性动力学方程的求解问题,得到了所谓的李级数解法.并进一步讨论了算法的具体实施过程,它可以用于构造非线性动力学方程任意高阶的显式积分格式.最后,把李级数解法应用于求解广义Hamilton系统,它能保持广义Hamilton系统真解的典则性.数值算例显示该方法是有效的.

多自由度非线性动力学方程的能量校准算法

针对非线性动力学方程,通过Taylor展开和Duhamel积分,得到一个具有待定参数的逐步积分求解公式;通过数学变换,将原动力学方程转换为一个能确定待定参数的能量校准方程;最后将该参数回代入逐步积分公式,得到数值解．数值算例的结果说明了该方法的有效性,可以消除算法阻尼和抑制数值解发散,同时,在大步长的条件下也得到了非常准确而且稳定的结果,可以对系统长期性态进行仿真．

非线性非完整系统Vacco动力学方程的积分方法

本文给出积分非线性非完整系统Ｖａｃｃｏ动力学方程的积分方法。首先，将Ｖａｃｃｏ动力学方程表示为正则形式和场方程形式：然后，分别用梯度法，单分量法和场方法积分相应完整系统的动力学方程，并加上非完整约束对初条件的限制而得到非线性非完整系统Ｖａｃｃｏ动力学方程的解．

非线性动力学方程的Neumann级数──直接积分解法

提出了用直接积分和Ｎｅｕｍａｎｎ级数相结合求解非线性动力学方程的方法，并用算例验证了该方法的有效性。

一种非线性大气化学动力学方程组的新算法

提出了一种求解非线性大气化学动力学方程组的新算法，即预测／校正拟稳态近似法（ＰＣＱＳＳＡ），该方案集中了传统的ＱＳＳＡ方案和Ｈｙｂｒｉｄ方案的优点，具有较高的计算效率和精度，对于复杂的大气化学模式和区域污染模式较适用。