基于牛顿-拉普森方法的偏压混凝土构件设计

在传统混凝土受压构件设计中,对构件截面受力列平衡方程时会产生一元三次方程,相对受压区高度计算通常采用规范中的简化计算方法,这一方法对受压构件的截面受力平衡方程进行了简化,以便工程师手算求解该平衡方程,从而获得相应的混凝土相对受压区高度和受压钢筋配筋量。随着时代的发展,计算机计算逐渐取代手算方法,成为结构工程的主要分析手段。在程序算法领域,传统手算的近似解、经验解也可以通过程序算法的改进获取精确解。因此,文章介绍了牛顿-拉普森方法在混凝土偏心受压构件计算中的应用,以供参考。

基于牛顿-拉普森迭代和零阶优化算法的悬索结构找形研究

基于牛顿-拉普森迭代对悬索体系的找形进行了研究,同时采用零阶优化算法对迭代进行优化控制,并对影响求解精度的因素进行了分析。在此基础上,针对恒载状态下的润扬大桥悬索桥进行了算例分析,并与膜理论计算结果和竣工试验中的实测数据进行了比较。算例表明,利用优化算法对控制点的标高变化进行控制,可以更加准确地得到主缆的线形及其内力。该方法不仅可以应用于悬索桥主缆的找形,同样也适用于其它大跨缆索结构的找形和施工控制。

基于修正牛顿-拉普森迭代的数值流形法

针对当前数值流形法在材料非线性方面研究得不多且计算耗时效率低的问题,以摩尔-库仑为本构模型,提出一种基于修正的牛顿-拉普森迭代方法求解岩土体材料非线性问题。采用一致切线模量矩阵建立刚度矩阵,并与传统牛顿法进行了比较,得出总体计算耗时降低提高了效率。通过对边坡算例进行稳定性分析,并与有限元理论解进行了比较。仿真结果表明,上述方法对求解数值流形法非线性的问题具有一定的可行性,同时还可以应用于平面应变或其它平面应力问题。

从一实例分析看弧长法与牛顿—拉普森法

在求解的非线性有限元方程中,牛顿—拉普森法和弧长法是两类重要的方法。牛顿—拉普森迭代法只能跟踪位移载荷曲线的上升段,但无法跟踪极值点以后的位移—载荷路径,而弧长法可以全程跟踪位移—载荷路径。对牛顿—拉普森法和弧长法的原理以及实施步骤进行了回顾,然后通过MATLAB对一则本构关系为非线性的算例使用牛顿—拉普森法和弧长法进行了计算并与理论解做了比较。数值结果表明,弧长法能很好跟踪全过程位移—载荷路径,并取得较好的效果,而牛顿—拉普森法在跟踪到极值点时产生发散而无法继续跟踪极值点以后的路径。

基于改进牛顿法的梁结构拓扑优化方法

面向飞行器结构轻量化、高刚度的设计需求,为改进传统结构拓扑优化方法存在初始值选择条件严苛、收敛速度慢等问题,将牛顿-拉普森算法和外点惩罚函数法相结合,研究提出一种基于改进牛顿法的梁模型结构拓扑优化方法。结合飞行器翼舵、支架和端框等支撑结构的特点,建立基于变密度法的结构拓扑优化模型,并采用牛顿-拉普森算法进行模型参数求解。引入外点惩罚函数法对牛顿-拉普森算法进行改进,通过综合考虑优化过程中梯度方向与初始点选取的影响,构建惩罚函数代替拉格朗日函数。进一步,通过考虑单元节点位移与相对密度关系,求解更为精确的海森矩阵,有效提升算法的收敛效率和稳定性。以飞行器结构中典型梁结构作为研究对象,开展案例应用研究。结果表明该方法能够得到边界清晰、结果稳定性高的结构拓扑优化模型,且优化精度与效率较传统方法高,可为飞行器结构轻量化设计提供支持。

a-Si/c-Si异质结结构太阳能电池设计分析

通过应用 Scharfetter- Gum mel解法数值求解 Poisson方程 ,对热平衡态 a- Si/ c- Si异质结太阳能电池进行计算机数值模拟分析 ,着重阐述在 a- Si/ c- Si异质结太阳能电池中嵌入 i( a- Si:H)缓冲薄层的作用 ,指出采用嵌入 i( a- Si:H )缓冲薄层设计能有效增强光生载流子的传输与收集 ,从而提高 a- Si/ c- Si异质结太阳能电池的性能 ,同时还讨论 p+ ( a- Si:H)薄膜厚度和 p型掺杂浓度对光生载流子传输与收集的影响 ,而高强度光照射下模拟计算表明 ,a- Si/ c-

数字图像相关中亚像素位移测量算法的研究

为提高位移测量精度而提出的各种亚像素位移测量算法被认为是数字图像相关方法中的关键技术之一,详细了解已有各算法的性能无疑具有实际意义．总结文献中3种最常用的亚像素位移测量算法,首先用无噪声的计算机仿真散斑图对各算法的性能从计算精度和计算效率两个方面进行了比较研究,并用实际实验图片对其性能做进一步的研究,结果显示在图像子区大小相同的情况下,基于空域相关函数迭代的牛顿-拉普森方法计算结果最为精确、稳定．

“斗牛士”健身车创新设计

结合普通自行车和齿轮连杆机构创新设计了一款新型"斗牛士"健身车,该设计将后叉架连接到双后轮外伸悬臂轴,并可调节,将车身主体相应进行更改;该健身车为包含一个PR-RR-RRⅢ级组的六杆机构;采用牛顿-拉普森法进行机构运动学分析求解,并进行运动仿真和验证了设计理念。该健身车骑行难度可调,骑行时身体姿态不断变化,拟合斗牛运动特性,是集健身与趣味性、娱乐性于一体、进行户外健身运动的理想健身器材。

基于分形理论及蒙特卡罗法的电主轴热特性分析

为了在设计阶段解决高速主轴在实际加工中因温升过高而突然失效问题,构建了主轴热-结构耦合有限元瞬态分析模型.提出了基于接触角迭代法的滚动轴承生热功率求解方法,利用电动机效率分析法求解其生热功率.引入分形理论与蒙特卡罗方法计算结合面间接触热导,有效避免了统计学方法的不准确性与实验法通用性不强的缺陷.由雷诺数判定冷却液流动状态,并依据努赛尔数计算出主轴不同部件的对流换热系数.将上述边界条件施加到有限元模型中,对主轴温度场与热变形进行仿真.结果表明,高速主轴热特性建模方法正确,并能准确预测主轴温度场分布和热变形.

Matlab求解理论力学问题系列(二)典型机构的运动分析

运动学计算机辅助分析可以帮助人们方便了解机械系统的整个运动过程,获得系统中任意点的运动轨迹、速度和加速度的变化规律,直观明了。Matlab软件是实现计算机辅助分析的工具之一。本文着重介绍了2个典型机构的运动分析,一个案例侧重从数值计算的角度介绍Matlab如何求解机构运动涉及的非线性方程组和如何进行动画演示;另一个案例着重介绍如何利用Matlab中的符号推导功能,求解全参数化的运动学问题。

仿牛骑行健身车的机构分析与运动仿真

设计了一款仿牛骑行健身器械,对比普通自行车进行机构分析,该健身车为包含Ⅲ级组G3-1P-PR-RR-RR的六杆机构,采用牛顿-拉普森法进行机构运动学分析求解,结合VB软件实现机构运动仿真,验证了设计理念的正确性,为后期产品的加工制造提供了详实的实验数据和理论依据。

基于ANSYS的轮边减速器行星齿轮系有限元分析

论文以电动叉车轮边减速器作为研究载体,研究对象为轮边减速器核心传动装置行星齿轮系。通过Pro/E软件建立齿轮系三维模型,采用有限元分析软件ANSYS对太阳轮与行星齿轮进行静态接触分析。同时借助牛顿-拉普森迭代法计算发现最大弯曲应力出现在行星轮上,并且应力值超过齿轮承受的许用弯曲疲劳强度。为此,对齿轮副的参数进行优化,并对优化后的齿轮副再次仿真分析,所得数据在正常值范围内。

三视场红外地球敏感器导航算法分析及研究

红外地球敏感器广泛运用于空间飞行器，尤其是在地球轨道附近。目前最新的静态地球敏感器使用焦平面探测器来覆盖整个地球红外辐射圆。若面向飞行在70—100km处的临近空间飞行器，地球敏感器就需要有很大的视场（〉120°）且相对分辨率很低。针对临近空间飞行器的天文导航运用，采用线阵CCD作为探测器，设计了一个三视场红外地球敏感器。地球敏感器的3个视场按照二维角度均匀分布以确保每个光学头能够均匀地指向地球红外辐射圆上。每个CCD覆盖20°以便能够精确地分辨地球辐射和空间的边界点。综合考虑地球辐射模型和地球扁率等因素，利用地球敏感器观测的向量可以获得地球水平、地心矢量和飞行高度。以70—100km飞行高度为示例，建立相应的数学模型，同时提出了相应的姿态和高度确定算法并进行了仿真。综合上述分析，研制了一套三视场地球敏感器原理样机并进行相关测试。仿真和实验结果表明：高度测量精度优于200m，姿态测量精度优于0．002°。

基于实船数据的船舶航速与油耗优化建模

为获得水路运输中船舶的最佳航速,实现燃油效率的最大化,以长江航线货运船的航速、燃油等真实监测数据为基础,提出一种新的船舶航速与油耗优化模型。模型包括白箱模型(White-Box Model,WBM)和黑箱模型(Black-Box Model,BBM)两个部分:WBM由改进后的物理方程和数学公式组成;BBM是BP(Back Propagation)神经网络。两者结合成新的灰箱模型(Grey-Box Model,GBM)。通过分析船舶航行过程中影响船舶燃油消耗的多种因素,确定WBM参数,分别用串联和并联的方式将白箱与BP网络结合构建船舶航速与油耗优化模型,采用牛顿-拉普森迭代算法进行求解。计算结果表明:优化模型可在选定的航段内找到最佳的指导航速,并且模型的R2达到了0.945。此外,将建立的模型与单一的WBM进行对比验证,所建立的船舶航速与油耗优化模型得到的最佳航速更加精确,整体误差也从0.130减小到0.071。

焊接残余应力对Y型相贯节点极限承载力影响分析

采用ANSYS的热-结构间接耦合、生死单元技术模拟Y型相贯节点的焊接过程;将牛顿-拉普森法和弧长法结合,求解Y型相贯节点极限承载力,给出求解流程;分析支管外径与主管外径比、支管倾角、主管径厚比等几何参数对Y型相贯节点极限承载力的影响,将考虑和不考虑焊接残余应力的计算结果进行对比分析。研究结果表明:焊接残余应力降低了Y型相贯节点的极限承载力;支管外径与主管外径比β越大,主管的径厚比γ越小,支管倾角θ越小,则Y型相贯节点极限承载力降低越多;结构设计时,保证强度和安全的前提下选择合适的支管外径、主管壁厚和支管倾角,可减小焊接残余应力对Y型相贯节点极限承载力的影响。

考虑几何非线性效应的桩柱式高墩分析

该文首先简述了几何非线性分析的理论,并列举了几何非线性目前求解的主要的方法,最后用牛顿-拉普森法对算例进行求解。计算结果表明,高墩的设计计算,几何非线性的影响不可忽视。

基于DICM的桥梁变形非接触测量方法

针对目前桥梁变形测量精度不高或易受到诸多因素制约的现状,基于数字图像相关方法(DICM),提出一种改进的位移测量算法。首先利用粒子群算法进行整像素搜索,然后以此搜索结果为初值进行牛顿-拉普森迭代运算,最终实现具有亚像素精度的位移测量。通过数值模拟算例和实桥荷载试验,验证该方法的计算效率与计算精度,为桥梁等工程结构变形检测提供了一种非接触高精度测量方法。