非线性分数阶导数带有积分边界条件的微分方程的存在性

对非线性分数阶导数的带有积分边界条件的微分方程存在性的研究,首先通过确界定理和单调有界定理,结合构造方法对连续函数性质进行证明,并对连续函数进行构造,在给定分数阶导数存在的条件下,引入扰动方法,利用Green函数定义非线性分数阶导数的微分方程积分算子。最后引入Banach压缩映像理论,证明了非线性分数阶导数的带有积分边界条件的微分方程的存在性。

任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基一维固结模型

以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为,并引入连续排水边界条件,通过Laplace变换,联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换,获得了其时域内的理论解,并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明:循环荷载作用下,黏土地基的沉降变化呈振荡增长,且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大;分数阶次α增大,使固结前期沉降速率减慢,而在固结后期,α值对沉降的影响正好相反;循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外,一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关,弹性模量E越大,最终沉降量越小;黏弹性体的延迟时间F越大,固结沉降变化越慢。

一类含有分数阶导数的二自由度耦合系统

研究了一类含有小扰动具有分数阶导数的二自由度耦合振子的振动问题.首先对含有由Riemann-Liouville定义的分数阶导数的振动方程组构造渐近解,利用多重尺度法,得到振动问题的可解性条件.然后在可解性条件下,得到分数阶指数、系数及小参数对振动的影响,并求得渐近解.最后研究了该解的稳定性,发现定常解都是稳定的.

连续排水边界下分数阶黏弹性饱和土体一维固结分析

采用分数阶Kelvin模型来描述饱和土体的流变特性,在连续排水边界条件下,利用Laplace变换推导出变换域内的饱和土体一维固结解析解,再通过Crump法对有效应力和固结沉降进行数值反演,得到了分数阶导数黏弹性饱和土体的一维固结半解析解。将连续排水边界退化到Terzaghi排水边界,退化后的结果与已有文献一致,验证了所得半解析解的可靠性。最后,基于所得解,分析了相关参数对土体固结的影响。结果表明,界面参数反映排水边界的透水性,从而影响土体中超孔隙水压力的消散速率;黏滞系数在固结后期对沉降发展影响较大,其值越大,沉降发展越慢;当阶次a不为零时,分数阶次越小,土体表现出的黏滞性越强,整体固结沉降发展越缓慢,次固结沉降发展也越缓慢。

带有分数阶边界条件的一维分数阶扩散方程差分方法

对带有分数阶边界条件一维分数阶扩散方程进行了数值研究,分别利用移位的和标准的Grünwald-Letnikov分数阶算子对方程中Riemann-Liouville空间分数阶导数和分数阶边界条件中Riemann-Liouville空间分数阶导数进行了离散,在此基础上建立了一种隐式有限差分方法。然后分析了该方法的解的存在唯一性、相容性、稳定性和收敛性。最后通过数值实例验证了该方法的有效性。

诺伊曼边界条件下分数阶次扩散方程的紧差分格式

对于诺伊曼边界条件下时间分数阶次扩散方程,提出了紧差分格式,并用该格式数值求解方程。首先,由于该方程在时间为0处解的不光滑性,因此使用非一致网格上的L1格式对时间方向进行离散,一致网格上的紧差分格式对空间方向进行离散,建立紧差分格式;其次,通过离散的能量方法,给出该格式在二范数意义下的收敛性分析;最后,通过Matlab进行数值模拟,验证该格式的有效性。该结果进一步地丰富了分数阶方程的数值算法。

组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟

从TTI介质一阶应力—速度方程出发,利用旋转交错网格高阶有限差分方法,将非分裂完全匹配层(Non-spliting Perfect Match Layer,简称NPML)边界吸收条件和自由边界条件相结合形成组合边界条件,进行了二维三分量TTI介质弹性波场数值模拟。波场快照和炮记录表明:①采用非分裂式边界条件能较好地消除近地表大角度入射波和瞬逝波;②组合边界条件与NPML边界吸收条件相比,不仅有效地压制了边界反射,同时实现了对自由地表的模拟,获得了丰富的全波场信息,其中在地表产生的PS转换横波作为一种特殊的横波现象,可为近地表结构调查以及多波波场分析等提供有益信息;③自由地表引起的面波以及多次波对偏移结果有着重要影响,因此在实际地震资料处理中应当充分考虑自由地表条件对波场的影响效应。数值模拟结果证实了组合边界条件下二维三分量TTI介质波场数值模拟方法的可行性和正确性。

求解不连续中厚板自由振动的微分容积单元法

基于区域叠加原理和微分容积法,发展了一种新型的数值方法——微分容积单元法,用以分析具有不连续几何特征的中厚板的自由振动。根据板的不连续情况将其划分为若干单元,在每个单元内用微分容积法将控制微分方程离散成为一组线性代数方程,在相邻的单元连接处应用位移连续条件和平衡条件,引入边界约束条件后得到一套关于各配点位移的齐次线性代数方程,由此可导出求解系统固有频率的特征方程。本文用子空间迭代法求解特征方程,并以开孔板、混合边界条件板和突变厚度板为例研究了方法的收敛性和计算精度。

临界点理论在分数阶微分方程边值问题中的应用

用临界点理论和变分法研究Banach空间中带Sturm-Liouville边值条件的Caputo型分数阶微分方程解的存在性.通过定义适当的分数阶导数空间,将分数阶微分方程边值问题解的存在性转化为寻找定义在某个空间上对应泛函的临界点,得到了该边值问题存在一系列无界的广义解.

分数阶导数的非线性微分方程边值问题

利用连续函数研究分数阶导数的非线性微分方程边值问题.通过确界定理和单调有界定理,结合构造方法对连续函数进行构造.在给定分数阶导数的条件下,引入扰动方法,利用Green函数定义非线性分数阶导数的微分方程积分算子,运用Banach压缩映像理论,证明了在连续函数空间内分数阶导数的非线性微分方程边值存在唯一解.

具有左右分数阶导数和时滞的非瞬时脉冲微分方程非线性边值问题

本文研究了一类特殊的具有左右分数阶导数和时滞的非瞬时脉冲微分方程,该方程具有交叉时滞,且带有非线性边界条件。并基于上下解方法得到多个正解存在性定理。

高维非齐次时间分数阶电报方程的基本解

分数阶微分方程在许多应用科学上比整数阶微分方程更能准确地模拟自然现象.考虑了高维非齐次时间分数阶电报方程的初边值问题,使用分离变量法导出了Dirichlet边界条件下高维非齐次时间分数阶电报方程的解析解,并给出了四维非齐次时间分数阶电报方程的解析解表达式.

具有p(t)-Laplacian算子的混合分数阶周期边值问题的可解性

本文研究具有p(t)-Laplacian算子的混合分数阶周期边值问题.为了能利用连续定理来研究该问题解的存在性,将原问题转化为等价系统并在非线性项满足适当的条件下获得解的存在性.所得结果丰富且推广了以往的文献.最后,举例说明了本文的主要结果.

数值求解纳米尺度热传导分数阶抛物两步模型

提出一个纳米尺度的分数阶抛物两步模型,得到金属纳米尺度热传导的精确数值格式.该模型是通过引入Caputo-Hadamard时间分数阶导数到抛物型两步能量输运方程中,并将其温度跃变边界条件耦合得到.数值格式基于空间四阶紧格式和Caputo-Hadamard时间分数阶导数的L1逼近格式而建立.通过2个算例验证模型和数值方法的准确性和适用性.

一类混合Hadamard型分数阶微分系统解的存在性

本文研究了一类具有耦合边界条件的混合Hadamard型分数阶微分系统,该微分系统有两个二次摄动项,且包含标准的Hadamard型分数阶微分系统和Dirichlet边值问题作为特殊情形。通过定义一个新的乘积范数,构建新的Banach空间,将该微分系统转化为等价的积分方程系统。基于Lipschitz条件和有界条件,借助Dhage不动点定理,解决了积分方程系统中出现的多算子问题,获得了该微分系统解的存在性判定充分条件,并给出了一个具体数值计算例子来验证。

具非线性项变号的分数阶微分方程非齐次边值问题正解的存在性

考虑一类具非线性项变号的分数阶微分方程非齐次积分边值问题正解的存在性,用锥拉伸与锥压缩不动点定理,建立并证明该边值问题正解的存在性定理,并给出实例说明所得结论的合理性.

一种新条件下的三次样条插值

在分析了基本样条函数插值基础上,对传统的三次样条函数作了推广。研究了任意一个插值点一阶导数和二阶导数的边界条件的样条函数解法。最后通过实例,说明了该计算方法。

高墩大跨连续刚构桥动力特性参数分析

以某主跨120m的连续刚构桥为例,采用空间有限元方法建立多种不同的分析模型,研究了边墩的模拟、高墩底部边界和墩身高度变化等参数对连续梁桥动力特性的影响。结果表明:连续刚构桥边墩的柔性对结构的面内和面外振动均有较大的影响,建模时考虑边墩的作用,不仅影响结构的振动频率,而且影响振型发生的顺序;墩身底部的边界条件对结构的动力特性有显著的影响,建立连续刚构桥的动力分析模型时,应同时考虑自由桩长和入土桩长的影响;主墩墩身高度不同时,结构的面外和面内的振动频率变化较大,墩身高度的变化对体系的竖向弯曲振动仍有较大的影响。

三次样条插值的推广

在分析了基本样条函数插值基础上,对第一种边界条件问题情形进行了推广,研究了任意两个插值点一阶导数已知的样条函数解法。最后通过一个实例,说明了该计算方法。

任意温度密度下的原子结构求解

本文采用非自洽TF统计模型,对具有较高实用价值的含温有界原子结构进行计算了。文中根据分子轨道理论、重点讨论了有界原子径向波函数的两类外边界条件的选取及其物理含义。本文结合类氢近似下的径向薛定谔方程和波函数,给出了径向波函数的中心边界条件。文中采用四级四阶龙格库塔差分格式,取代了沿用已久的罗曼诺夫差分格式,彻底更换了以势的拟合形式V(r)=-z/r+A+Br求解波函数初始值的方法,使波函数在r=0处的一阶导数值的选取不再依赖势的形式。本文在简单的含温有界TF势的基础上,进行了求解。鉴于简单TF势的不合理性与Shalitin电子自作用修正的某些缺陷,本文对电子的自作用修正作了进一步的改进,使平均原子模型的电子自作用修正在概念上更加合理、物理图像更加明确、计算结果得以较大的改善。本文针对Fe^(26),Rb这两种具有代表性的原子,采用改进后的电子自作用修正方法,详细计算了在不同温度不同物质密度下的能级、波函数、电子占据数、化学势等。为了较准确地计算重Z原子,我们还考虑了含电子自作用修正的相对论质量修正、自旋轨道耦合修正以及Darwin项修正,计算出了相对论三项效应对轻、重元素能级的贡献大小。本文把两类电子自作用修正后的计算结果同相对论自洽场HFS方法的计算结果作了比较,证实了?