圣维南方程组4点线性隐格式的稳定性分析

圣维南方程组是工程实践中应用广泛的一类流体动力学方程组,4点线性隐格式亦是目前较为成熟的计算圣维南方程组的差分格式.依据非线性稳定性的定义,提出用增长因子M(τ)判别非线性差分格式的稳定性,针对圣维南方程组的4点线性隐式差分格式,给出了计算增长因子M(τ)切实可行的方法,并结合算例得到了增长因子M(τ)的一些近似数据.稳定性研究结果将有助于更好地选择时步长τ和网格步长Δx,对改善计算格式的稳定性具有指导意义.

一类二维非线性发展方程的分块隐式格式与并行计算

为获得可使二维非线性发展方程适合于在并行机上运行的高效率计算方法,给出了二维非线性发展方程的分块隐式格式以及并行数值计算方法,得到了该方法关于A12—稳定性以及并行兼顾的结果,通过数值例子表明了该方法具有良好的使用性和有效性.

一类非线性发展方程组的隐式解析解

研究了一类非线性发展方程组的求解问题。该方程组可用于描述由各向同性近似可压缩neoHookean材料组成的圆柱管在轴向载荷作用下的轴对称运动。首先通过变分原理导出了描述圆柱管径向和轴向对称运动的非线性发展方程组;然后利用行波变换将其约化为非线性常微分方程组;最后得到首次积分,进而给出了此类非线性发展方程组的隐式解析解。

全隐式差分法求解河道平面二维恒定水流运动方程

本文针对河道平面形状窄长的特点，采用全隐式差分法求解河道平面二维恒定水流运动方程，网格划分为曲线正交网络，本文同时提出了一种适合于复杂河道边界的曲线正交网格产生办法．实际计算表明，全隐式方法精度较高，且基本无条件稳定，在普通微机上运行。

无条件稳定的显式降维非线性有限元

针对传统降维非线性有限元计算速度与精确度难以兼顾的问题,提出了一种无条件稳定的显式迭代算法。基于泰勒展开式得到速度、加速度的三阶精度差分表达式从而获得新的有限元显式迭代方程,并分析其单自由度系统下的传递矩阵谱半径。改进迭代方程使谱半径始终小于1从而满足无条件稳定的要求。实验表明,改进后的显式迭代算法在等效阻尼比的精度上优于中心差分法和隐式迭代法;在降维非线性有限元模型计算中的计算耗时优于隐式迭代方法,提高了降维非线性有限元的迭代计算速度。模型在降维后维度数值较高时,仍能维持良好的计算耗时和帧率,保证了模型的精确度。

非线性波方程的数值解法

用递推去耦法解ＳｉｎｅＧｏｒｄｏｎ非线性双曲型偏微分方程的隐式差分方程组．

隐式迭代法的数值试验与应用

针对非线性方程组数值求解问题 ,利用嵌入法思想给出了一类隐式迭代法 ,这类迭代法包含了知名学者M .K .Jain1 985年和 1 986年的两个工作 .采用效率较高的Chipman等效代换方法实现了这类方法的计算过程 ,并从稳定性、计算量以及收敛范围等方面对其进行了大量的数值试验 ,结果表明隐式迭代法在以上几方面均优于传统迭代法 .将该方法在波动方程反问题上进行了应用 ,进一步表明了该方法的广泛适用性 .

GRAPES区域扰动预报模式动力框架设计及检验

设计了适用于四维变分同化系统的扰动预报模式GRAPES_PF。根据GRAPES的地形追随坐标非静力原始方程组,采用小扰动分离方法推导微分形式的线性扰动预报方程组,并利用与GRAPES非线性模式相似的数值求解方案求解线性扰动微分方程组。在设计扰动预报模式时采用了两个时间层半隐式半拉格朗日方案对动量方程、热力学方程、水汽方程和连续方程进行时间差分,空间差分方案的变量分布水平方向采用Arakawa C跳点网格,垂直方向采用Charney/Phillips跳层。利用代数消元法进一步推导得到只包含未来时刻扰动Exner气压的亥姆霍兹方程,进而通过广义共轭余差法(GCR)求解,在此基础上得到未来时刻扰动量的预报值。基于所开发的扰动模式开展了数值试验。首先在非线性模式中施加一个中尺度初始扰动高压,得到初始扰动在非线性模式中的后续演变,然后将相同的初始扰动作为扰动模式的初值进行时间积分,将扰动模式预报的结果与非线性模式的结果做了对比。结果表明,所开发的扰动模式GRAPES_PF较好地模拟了惯性重力内波的传播过程:初始高压扰动激发了一个迅速向外传播的惯性重力内波,在气压场向风场适应的过程中,水平风场、垂直运动、位温和湿度等变量均出现了扰动增量,与非线性模式得到的结果相当接近。GRAPES_PF作为GRAPES非线性模式的合理线性模式为建立基于线性扰动预报的区域四维变分同化系统奠定了科学基础。

变循环发动机数学模型求解及有效性研究

采用部件法建立了变循环发动机的多维非线性隐式方程组模型,该模型具有隐式性,因而求解过程复杂,收敛困难.以变循环发动机为对象,设计了遗传算法,将数学模型转化为最优化问题,并对模型进行求解.提出了算法的有效性评价指标:初值敏感性、计算效率、收敛性、稳定性.与牛顿-拉夫逊法相比,遗传算法初值敏感性较低,收敛性较好.该结果可为变循环发动机模型求解算法的选择与设计提供参考.

电力系统中地网腐蚀诊断的一种新的数学模型及其仿真计算

对电力系统中具有重大应用价值的地网腐蚀诊断问题抽象出仿真求解的一种新的数学模型:即求解带约束的非线性隐式方程组模型.但由于问题本身的物理特性决定了所建立的数学模型具有以下特点:一是非线性方程组为欠定方程组,而且非线性程度非常高;二是方程组的所有函数均为隐函数;三是方程组附加若干箱约束条件.这种特性给模型分析与算法设计带来巨大困难.对于欠定方程组的求解,文中根据工程实际背景,尽可能地扩充方程的个数,使之成为超定方程组,然后对欠定方程组和超定方程组分别求解并进行比较.将带约束的非线性隐函数方程组求解问题,转化为无约束非线性最小二乘问题,并采用矩阵求导等技术和各种算法设计技巧克服隐函数的计算困难,最后使用拟牛顿信赖域方法进行计算.大量的计算实例表明,文中所提出的数学模型及求解方法是可行的.与目前广泛采用的工程简化模型相比较,在模型和算法上具有很大优势.

关于Jain的隐式迭代法的注

本文利用嵌入法思想构造了一类求解非线性方程组的隐式迭代法，分析了方法的收敛阶，给出了具体的计算格式，最后的计算结果表明了方法的有效性．

变循环发动机模型的求解算法研究

采用部件法建立了变循环发动机的多维非线性隐式方程组模型,模型具有隐式性,因而求解过程复杂,收敛困难.针对上述问题,采用遗传算法和牛顿-拉夫逊法进行模型求解,提出了算法的有效性评价指标:初值敏感性、收敛性和稳定性.对两种算法进行有效性评价.针对发动机工作性能最优化问题,建立了多目标模型,用遗传算法进行求解,并分析了相关变量随马赫数变化的规律.结果可为变循环发动机模型求解算法的选择与设计提供参考.