基于Kirchhoff动力学比拟理论的柔性管件维修可视化

为逼真模拟柔性管件在虚拟维修过程中的变形过程,提出了基于横截面假设的软管模型构建方法。将软管的变形过程转换成截面中心受力后的响应过程,结合软管的物理特性,对其进行平衡状态下的受力分析;构建了软管Kirchhoff动力学平衡方程,为便于求解,使用欧拉四元参数法对动力平衡方程进行转换;构建了基于几何约束的圆截面运动微分方程,使用有限差分法对方程进行求解;基于软管模型假设,提出了基于节点间最短距离的碰撞检测方法。最后,以天然橡胶软管为仿真对象,结合其几何特征和物理特征,对其运动过程进行数值模拟,仿真结果证明,该方法可以有效模拟橡胶软管受力后的空间形态。

弹性杆的Greenhill公式与Kirchhoff动力学比拟

Kirchhoff动力学比拟思想建立了弹性杆静力学与刚体定点转动动力学之间在概念和方法上的对应关系.受拉扭弹性直杆的平衡比拟于Lagrange重陀螺绕铅锤轴的永久转动.根据一次近似理论,考察了两者稳定判据的建立过程,表明其在稳定性上的比拟是Lyapunov意义上的.在此基础上进一步讨论了两端铰支时拉扭弹性直杆的Euler稳定性,并导出亦由Greenhill首先得到的临界载荷计算公式.表明拉扭弹性直杆在两端铰支时的Euler稳定性不同于Lyapunov稳定性,其主要症结在于Euler稳定性中边界条件不受扰动,而Lyapunov稳定性是初值受扰动,两者有区别.

弹性薄壳动力学比拟的曲面论基础

将Kirchhoff动力学比拟从弹性细杆推广到弹性薄壳,需要相应的经典曲面论新的表达形式,即用刚体动力学的概念和方法描述曲面的基本性质,形成广义Kirchhoff动力学比拟方法.从曲面非正交网格的两个刚性正交轴系出发,用其姿态坐标和Lamé系数表达曲面偏微分方程;用弯扭度和Lamé系数表达曲面的第一和第二基本二次型,得到了法曲率的表达式,由此计算了主曲率和主方向,验证了与经典曲面论的一致性;给出算例以说明该文方法的应用,这一方法可以用来表达曲面的Rodrigues方程、Weingarten公式和Gauss公式,以及曲面论的基本方程.分析表明了这一方法对表述曲面微分几何的可行性,具有推导简洁和直观的优点.这有助于为广义Kirchhoff比拟及其后续发展奠定数学基础.

Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广

将弹性细杆的“Kirchhoff动力学比拟”方法推广到弹性薄壳,使弹性薄壳的变形在物理概念上和刚体的运动对应,在数学表述上等同,从而可以用刚体动力学的理论和方法研究弹性薄壳的变形,为连续的弹性薄壳提供新的离散化方法.在直法线假设下,在弹性中面上构筑空间正交轴系,此轴系沿坐标线“运动”的角速度构成两自变量的弯扭度.沿两个坐标线的弯扭度表达了弹性薄壳的变形和位形,证明了弯扭度之间以及弯扭度与中面切矢间的相容关系.用Euler角和Lame系数表达了非完整约束和中面位形的微分方程,用弯扭度和Lame系数表达了应变和应力以及内力及其本构方程.导出了用分布内力集度表达的弹性薄壳在变形后位形上的平衡偏微分方程组,方程的形式与刚体动力学的Euler方程和弹性细杆的Kirchhoff方程具有相似性,实现了Kirchhoff动力学比拟对弹性薄壳的推广.总结了弹性薄壳静力学和刚体动力学以及弹性细杆静力学在概念上的比拟关系.最后给出了一个算例.为研究弹性薄壳的变形和运动提供新的建模方法和研究思路.也可进一步推广到弹性薄壳动力学.

一类广义非线性Kirchhoff型方程的整体吸引子

该文研究了广义Kirchhoff型方程:uu+αu-βΔut-Φ(‖▽u‖2)Δu+(1+|u|2)p-1u=f(x)的初边值问题的解的长时间行为。证明上述问题对应的算子半群存在((H2⌒H10)ΧH10,(H2⌒H10)xH2⌒H10))-整体吸引子。

一类广义非线性Kirchhoff型方程的惯性流形

该文研究了广义Kirchhoff型方程:utt+αut-βΔut-Φ(‖Δu‖2)Δu+(1+|u|2)p-1u=f(x)的初边值问题的解的长时间行为,证明了方程的惯性流形。

Kirchhoff弹性杆拟动力学的四元数表示

研究静力学Kirchhoff弹性杆,Kirchhoff动力学比拟是重要的技巧。拟动力学方程通常是用Euler角表示的,但Euler角在θ=kπ处存在奇异性,不适合数值计算。为了解决这个问题,本文引入四元数并建立了拟动力学模型的拟Lagrange方程和拟Hamilton方程。

一类带p(x)-双调和算子的Kirchhoff型问题的多解性

利用喷泉定理研究一类带p(x)-双调和算子的Kirchhoff型问题的多解性.基于变指数Lebesgue-Sobolev空间中的相关理论,当非线性项f(x,u)满足超线性增长条件但不满足Ambrosetti-Rabinowitz条件时,得到问题相应的变分结构满足紧性条件,利用变分方法和临界点理论给出该问题存在多解的充分条件.

带p(x)-双调和算子的Kirchhoff型问题解的存在性

研究了一类带p(x)-双调和算子的Kirchhoff型问题解的存在性,利用临界点定理,得到问题至少存在一个非平凡弱解的充分条件.

轮扩展图的电阻距离及Kirchhoff指数

对于一些复杂图来说,计算其电阻距离非常困难.定义了一类新的图运算:轮扩展图.通过此类图的Laplacian矩阵和Laplacian矩阵的广义逆,给出了轮扩展图中任意两点之间的电阻距离和轮扩展图的Kirchhoff指数表达公式.用Matlab编程计算了此类图任意两点之间具体的电阻距离值及Kirchhoff指数.

一种基于广义绕射叠加的深度域偏移成像方法

广义绕射叠加偏移方法通过波动方程数值解来表示Green函数,从而实现Kirchhoff型偏移。但是在地震正演模拟中,广义绕射叠加偏移使用的Dirac脉冲存在无限带宽,难以使用有限差分法来计算。为了克服这个问题,本文在广义绕射叠加偏移的基础上进行改进,对震源项进行分解,利用波动方程数值解来表示有限带宽Green函数,从而实现Kirchhoff型偏移。模型试验结果表明,该方法有效可行,能够解决复杂地质条件的成像问题。

Double图的Kirchhoff指标

一个图的Kirchhoff指标定义为Kf(G)=∑ni=1∑nj=1rij/2,其中rij是顶点vi和vj之间的电阻距离.首先得到了一个图的Kirchhoff指标与其double图的Kirchhoff指标之间的关系式,然后利用此关系式分别确定了具有前三大和前三小Kirchhoff指标的double树.

基于超细长弹性杆模型的斜拉索静力构形分析

以超细长弹性杆模型研究了斜拉索自重和可拉伸情形下的静态位形.建立了斜拉索一般意义下的超细长弹性杆平衡方程,分三种情况讨论了其平衡位形对应的挠性线、索力及索长.(1)忽略抗弯刚度时,其退化为仅考虑弹性拉伸时斜拉索的平衡方程,此时求得其挠性线方程与已有结论一致;(2)忽略弹性拉伸时,其退化为仅考虑抗弯刚度时斜拉索的平衡方程,求得其挠性线方程比忽略抗弯刚度时的结论多一项一阶修正项;(3)同时考虑弹性拉伸和抗弯刚度情形时,求得其近似挠性线方程.以苏通大桥和某实验室斜拉索为例,分别计算了以上三种不同情形下的斜拉索的静力参数,并分析了在不同索长和索力情况下抗弯刚度和弹性拉伸对斜拉索几何构形的影响.

流致噪声机理及预报方法研究综述

从自由湍流噪声、壁面湍流噪声、转子噪声和空腔流动4个方面对流致噪声机理及预报方法进行综述。对目前工程应用中的3个主要流致噪声预报方法,即Lighthill声比拟理论、Kirchhoff方法和涡声理论的基本原理及适用性进行详细讨论,并对流致噪声数值模拟方法进行总结。其中,Lighthill声比拟理论属噪声源先验理论,虽方便应用但不能描述声流相互作用基础问题;Kirchhoff方法在运用的过程中虽不需要确切获知源的属性,但声源区的计算精度很重要;涡声理论在声流相互作用等领域有着良好的研究前景。自由湍流噪声以四极子雷诺应力源为主,存在如螺旋桨等固壁边界时则会产生偶极子源,在低马赫数流动中是更为有效的声源。

超细长弹性杆的分析力学问题

超细长弹性杆作为DNA等生物大分子链的力学模型,其平衡和稳定性问题已成为力学与分子生物学交叉的研究热点.虽然在Kirchhoff动力学比拟的基础上,用分析力学方法讨论弹性杆的文章已见诸文献,但尚未形成弹性杆分析力学的严格理论.本文研究了超细长弹性杆分析力学的若干基础性问题.对杆截面的自由度、虚位移、约束方程及约束力等基本概念给出严格的定义和表达式.建立弹性杆平衡的D'Alembert-Lagrange原理、Jourdain原理和Gauss原理;从D'Alembert-Lagrange原理导出Hamilton原理.从变分原理出发导出Lagrange方程、Nielsen方程、Appell方程和Hamilton正则方程;对于受约束的弹性杆,导出了带乘子的Lagrange方程。讨论了Lagrange方程的首次积分.对于杆中心线存在尖点的情形,导出了微段杆平衡的近似方程.

关于弹性梁的数学模型

叙述和比较一维弹性体的两种不同建模方法,即弹性梁的传统建模方法和基于Kirchhoff-Cosserat模型的建模方法.应用精确Cosserat模型分析梁的三维运动.考虑中心线的拉伸压缩变形、截面的剪切变形、截面转动的惯性和端部载荷影响等因素,建立精确的弹性梁动力学方程.讨论梁的静态和动态平衡稳定性.Kirchhoff杆、铁摩辛柯梁和欧拉-伯努利梁等为Cosserat模型在各种简化条件下的特例.

超细长弹性杆动力学仿真的曲面处理算法

超细长弹性杆动力学研究在DNA的平衡、稳定性等问题的研究中有重要的应用。为了便于超细长弹性杆动力学研究中数值结果图形后处理以及研究表面接触等问题的需要,需要建立弹性杆的表面模型和相应算法。本文利用Kirchhoff弹性杆模型的动力学比拟技巧,建立了描述超细长弹性杆曲面的常微分/积分方程组,利用Adames方法和递推方法设计了方程的数值解法,并给出了超长弹性杆的数值仿真结果的图形处理的计算实例。

DNA弹性杆力学分析的保结构算法和图形后处理

基于Kirchhoff动力学比拟技巧,以弹性杆中心线弧长为拟时间变量,建立了DNA弹性杆结构模型。DNA弹性杆的超细长特性要求长时间数值模拟,探讨了利用辛算法对DNA弹性杆模型长时间计算的问题,给出了相应的算法和数值仿真结果。利用Kirchhoff弹性杆模型的比拟技巧,建立了描述DNA弹性杆曲面的微分/积分方程组,给出了曲面方程的数值解法和DNA弹性杆图形后处理的计算实例和分析。

DNA弹性杆模型数值仿真和图形处理的四元数方法

超细长弹性杆动力学模型在DNA分子结构模型的平衡、稳定性等问题的研究中有重要的应用。为了便于其数值仿真、图形后处理以及研究表面接触等问题的处理,需要建立弹性杆的表面模型。利用Kirchhoff弹性杆模型的动力学比拟技巧,建立了由四元数的描述超细长弹性杆曲面的常微分/积分方程组,利用Adames方法和递推方法设计了方程的数值解法,并给出了超细长弹性杆的数值仿真和图形处理的计算实例。

轴向受压螺旋杆的平衡稳定性

在K irchhoff动力学比拟基础上讨论端部受轴向压力作用的圆截面弹性细杆的螺旋线平衡稳定性问题.弹性杆的平衡状态由Eu ler角描述的弹性杆平衡方程的特解确定.从Lyapunov或Eu ler的不同稳定性概念出发,对弹性杆的平衡稳定性的判断可得出不同的结果.根据一次近似扰动方程判断,弹性杆的螺旋线状态和圆环状态恒满足Lyapunov稳定性条件.但螺旋杆在轴向压力到达临界值时,圆环杆在扭转数到达临界值时将产生屈曲而丧失Eu ler稳定性.导出临界载荷和临界扭转数的计算公式.螺旋杆的临界载荷取决于螺旋线的高度和螺旋角.螺旋角趋近于π/2时螺旋杆转化为带扭率的直杆,其临界载荷的极限值与压杆的Eu ler载荷一致.文中对两类不同稳定性概念的区别和联系作出解释.