基于满足多边界条件基函数的微分求积法及其应用

提出了一种由基函数来处理梁边界条件的改进微分求积法(MDQM).在构造挠度函数时,通过多次积分来满足梁的所有边界条件,进而利用此函数计算微分求积法中的加权系数矩阵,解决了通过多项式测试函数计算该系数矩阵时难以在同一个点运用多个边界条件的问题.为了研究该方法在梁的各类分析中的应用,首先构造了2类梁在各种边界条件下对应的挠度基函数,再根据Euler-Bernoulli梁振动理论和稳定性理论,基于微分求积法将计算梁的固有频率问题和临界荷载问题转化为求解矩阵特征值的问题,并将结果与精确解进行比较.此外,还根据理想弹塑性梁的平面弯曲理论,利用该方法计算了梁在各种边界条件下的弹塑性位移,并将结果与其他方法对比.结果表明,所提方法对于梁的稳定性分析、固有频率分析及弹塑性分析都具有较高的计算效率和精度.

黏弹性地基上双模量梁受迫振动的时域微分求积法求解

以欧拉—伯努利梁模型和黏弹性地基模型为基础,说明了黏弹性地基上双模量梁在振动过程中有效抗弯刚度不变,推导出中性层在梁内部时,双模量梁在地基上的受迫振动控制方程.利用其中性层跳变时位移和速度没有突变,用时域微分求积法求解了控制方程,并分别探讨了地基的线性刚度和剪切参数,以及双模量特性对简支双模量梁受迫振动的影响.结果表明,地基的2个参数越大,受迫振动到达稳定的时间越短;双模量比值越大,受迫振动幅值越小.

变截面欧拉梁自由振动分析的重采样微分求积法

采用重采样微分求积法求解了变截面欧拉梁的自由振动问题。推导了变截面梁的控制方程离散格式,采用重采样矩阵方法对边界条件进行处理,给出了变截面梁自由振动算法。采用本文方法对不同类型截面形式和不同边界条件的变截面梁进行自由振动分析,并和其他解法进行比较。计算结果表明,本文方法可以适用于不同变截面类型和不同边界条件,计算精度与解析解吻合良好,具有良好的收敛性能。在同等精度条件下网格点数少于现有计算方法。重采样转换矩阵边界处理方法相比于传统边界处理方法具有更快的收敛性能。

弹性薄板的广义多维微分求积分析方法

多维微分求积DC(differential cubature)法是近年迅速发展起来的一种处理多维微分方程的高精度数值方法。本文围绕多元函数插值适定性这一基本问题,探讨了实现DC法时插值结点组和插值空间应满足的条件,研究了离散结点组选择及其构造适定试函数的方法。提出了一种沿各坐标方向可以布置不同数量结点的广义交错网格DC方法,并给出了确定相应的插值空间及其选择试函数的具体方案。通过弹性薄板变形分析研究了广义交错网格DC法解决实际结构力学问题的可靠性及其潜力。研究结果表明,广义交错网格DC法较传统的交错网格DC格式具有更强的适用性和灵活性,采用数量少得多的离散结点即可达到传统交错网格DC法相同的数值精度,表现出精度高和计算工作量小的优点。

基于微分求积有限元法的双层微板系统振动特性研究

基于修正的偶应力理论和两变量精化的剪切变形理论,建立了由Winkler-Pasternak连续弹性夹层连接的双层微板系统的自由振动模型,着重推导了系统异步振动的运动微分方程和势能泛函。融合Gauss-Lobatto求积准则和微分求积准则构造了具有C~1连续性的微分求积有限元。通过与已有文献进行对比,验证了数值方法的有效性。详细讨论了各种因素对系统同步和异步振动特性的影响。结果表明,系统的自由振动特性对材料尺度参数、长宽比、长厚比以及边界条件呈现出依赖性;弹性夹层刚度仅对系统异步振动产生作用;随着模态阶次的增大,材料尺度参数和弹性夹层刚度对异步振动频率和模态的影响变得显著。

基于多级高阶微分求积法的非线性电磁暂态快速仿真研究

为了提高电力系统电磁暂态数值计算速度,将s级微分求积法应用在电磁暂态仿真中,提出了一种新的电磁暂态快速计算方法。所提算法结合V变换特点对因引入内点而增维的矩阵进行分块处理,避免对增维矩阵直接求逆,并利用子矩阵为下三角结构的优势,将大规模矩阵的求逆计算转换为简单的前代运算以及小规模矩阵的求逆计算,从而提高了基于微分求积法的电磁暂态计算效率。算例表明,针对线性时变和非线性电力系统,该算法均可以获得有效加速比。

微分求积法求解悬臂L梁固有振动特性研究

悬臂L梁结构由于具有柔性大、可设计性强、空间利用充分,振动过程中变形方式多样等独特优势而受到了广泛的关注与研究.该文提出了一种基于微分求积法求解末端附加质量块的矩形等截面均质悬臂细长L梁的各阶固有频率和模态的方法.在双坐标系下,基于Euler-Bernoulli梁理论建立了悬臂L梁的动力学方程,然后通过选取Chebyshev多项式的根作为节点坐标、选取Lagrange插值基函数、求解各阶权系数、处理边界条件等步骤,最终利用求解矩阵广义特征值问题的方法求得结构各阶固有频率及模态.在边界条件的处理上,直接将边界条件施加于边界点上,通过对比研究验证了该文固有频率理论解的正确性.最后分析了末端质量、内外梁的长度比、宽度、厚度对各阶固有振动特性的影响.该方法可以进一步应用推广到相关结构振动的研究中.

第二类Wiener-Hopf积分方程的复合Nystr?m-Clenshaw-Curtis方法

研究第二类Wiener-Hopf积分方程的高精度数值解法.复合Nystr?m-Clenshaw-Curtis(NCC)求积方法被引入,预处理共轭梯度法被用于求解离散方程组,数值结果用于说明算法的有效性.

两点Gauss-Legendre求积公式的外推算法

本文通过Richardson外推的方法,对复化两点Gauss-Legendre求积公式外推,得到高精度数值积分公式——复化两点Gauss-Legendre求积公式序列{G k(h)}.

“三斜求积”与秦九韶

普通高中数学新教材(人教A版)中有秦九韶的“三斜求积”公式介绍.本文以此为切入点,介绍了“三斜求积”公式及其推理证明,并介绍秦九韶的生平掠影,以拓展学生的文化视野.

三角形面积的海伦公式、“三斜求积”公式及其推广

上海教育出版社出版的新版普通高中教科书数学必修第二册[1]第6章中“探究与实践”板块关注的是“海伦公式和‘三斜求积’公式”.在这一板块中,简单介绍了海伦公式及其名称的来由,以及秦九韶的“三斜求积”公式,并给出两个探究问题:1.利用三角形面积公式和余弦定理证明海伦公式和“三斜求积”公式;2.证明海伦公式与“三斜求积”公式的等价性.

微分求积法分析具有弹性支承输液管的临界流速

将微分求积方法推广到分析输液管的临界流速 ,这是一个新的尝试。与其它数值方法相比 ,该法极易处理具有弹性边界的输液管。另外 ,由于避免了一系列数值积分的计算 ,且最终须求解的方程的阶数较低 ,故计算量较少 ,精度令人满意。在此基础上 ,本文还研究了各参数对临界流速的影响。

基于微分求积法分析旋转圆板的横向振动

基于微分求积法,分析了旋转圆板的横向振动和稳定性问题。从平面应力问题和Kirchhoff薄板理论出发,得到了在沿径向线性分布的离心惯性力作用下均质等厚度旋转圆板的轴对称中面内力,建立了极坐标下板的轴对称运动微分方程。对变系数的运动微分方程,采用微分求积法离散方程和边界条件,分析了周边固支、简支(沿径向不可移)和周边完全自由三种边界条件下旋转圆板的前两阶复频率的实部和虚部随角速度的变化情况,并得到其失稳类型以及相应的临界速度。

微分求积单元法在结构工程中的应用

微分求积法(DifferentialQuadratureMethod)是求解偏微分方程和积分—微分方程的一种数值方法,该法具有计算简便、精度较高和易于实现等优点。微分求积单元法(DifferentialQuadratureElementMethod)是在微分求积法的基础上结合区域分割和集成规则而形成的一种新的数值计算方法,能通过自适应地选取微分求积网点数目正确模拟构件的刚度和荷载性质,其精度可通过细分单元或增加离散点数目加以提高。微分求积单元法是一种可供选择的、性能优越的数值计算方法。本文将详细论述这一数值方法的基本原理,并通过数值算例说明该方法的应用过程及其优越性,为这一方法在结构工程中的推广应用提供参考。

利用高斯求积和连分式展开计算电磁张量格林函数积分

针对于利用快速汉克尔变换求解电磁张量格林函数中含有贝塞尔函数积分项时,积分核函数不总是随贝塞尔函数(Jv(λr))参数λ的增大而趋于收敛,从而产生错误结果的问题,我们利用一种直接数值积分———结合连分式展开的高斯求积方法进行计算,通过对不同模型的试算表明这种方法总能够保证电磁张量格林函数积分的正确计算.

基于局部微分求积-拉格朗日法的滑动轴承动力特性求解模型

以拉格朗日(Lagrange)多项式作为微分求积(the differential quadrature method,DQ)方法的基函数,建立了基于局部DQ-Lagrange方法的滑动轴承动力特性求解模型。并在此研究基础上,提出了将静态压力及扰动压力同步直接求解的方法。分析了节点密度、支持域大小、边界条件等对求解的影响。结果表明:多点的支持域模型求解精度高,相当于高阶有限差分法,但插值节点较多时,DQ-Lagrange方法易出现高阶插值引起数值振荡现象;半Sommerfeld条件与Reynolds边界条件对滑动轴承最大压力及载荷求解影响较小,对动力特性系数影响较大,Reynolds条件求出的动力特性系数普遍大于半Sommerfeld条件。

微分求积方法及其在力学应用中的若干新进展

简单地介绍了微分求积法(DQM)的基本原理及发展、影响微分求积方法数值解精度的因素、与有限差分方法和有限元方法比较而言DQM的优点,同时重点介绍了近年来DQM在固体力学和流体力学相关领域应用中的若干新进展和展望.

基于微分求积法的轴向运动板横向振动分析

研究受面内载荷轴向运动薄板横向振动的运动微分方程,采用微分求积法计算四边简支轴向运动薄板的固有频率和临界速度。分析轴向运动速度、板材料刚度及长宽比对板横向振动固有频率及临界速度的影响。结果发现,随着轴向速度增大,各阶固有频率减小;随着刚度的增大,各阶固有频率增大;当长宽比较小时,轴向运动板可以用梁模型分析。

用微分求积法求解梁的弹塑性问题

根据梁塑性弯曲的工程理论,采用微分求积法进行了梁的弹塑性平面弯曲分析。微分求积法是一种直接求解微分方程(组)的数值方法,不依赖于变分原理,且能以较少的网格点求得微分方程的高精度数值解。与有限元分析结果的比较,表明了微分求积法求解梁的弹塑性问题的计算效率和精度。微分求积法的计算结果不受荷载步长的限制,也不需要迭代求解,特别对于承受非线性分布荷载作用的梁的弹塑性分析具有很大的优越性。通过选用不同的网格点数目,分析了微分求积法的稳定性和收敛性。

用调和微分求积法数值求解Burgers方程

采用调和微分求积法(HDQM)对(1+1)维非线性Burgers方程进行了数值求解.结果表明,所得数值解与相关文献的数值解以及方程的精确解相比具有明显的高精度;相对于其他常用方法,采用的节点较少,且公式简单,使用方便;计算量小,时间复杂性好.