基于Hamilton体系的功能梯度矩形板自由振动问题的解析解

对于功能梯度矩形板的自由振动问题,寻求既满足高阶偏微分控制方程又满足各种非Lévy型边界条件的振型函数十分困难,这使得利用传统方法难以解析求解该类问题.该文拓展了近年来发展的基于Hamilton体系的辛叠加方法,将其成功应用于功能梯度矩形板自由振动问题的解析求解.求解方案将原问题拆分成子问题,并引入物理中性面消除了由于横向材料不均匀产生的拉弯耦合效应,采用在传统Lagrange体系中无法使用的分离变量、辛本征展开等数学方法对子问题进行求解,最后通过叠加获得了原问题的解答.辛叠加方法的优点是不需要事先假定解的形式,克服了传统半逆解法的限制,能够获得更多复杂问题的解析解.将该方法的求解结果与数值解进行对比,证明了其正确性,并在此基础上进行了定量的参数分析,研究了不同边界条件、材料分布和长宽比对板固有频率的影响.

Hamilton体系与辛正交系的完备性

本文定义了一个Banach空间ZH，并证明了一类Hamilton体系的本征函数系（辛正交系）在ZH空间中具有完备性．还证明了如下结论ZH空间能连续嵌入到L2［0，1］×L2［0，1］但ZH≠L2［0，1］×L2[0，1]

基于Hamilton体系的弹性力学问题的比例边界有限元方法

比例边界有限元方法是求解偏微分方程的一种半解析半数值解法。对于弹性力学问题,可采用基于力学相似性、基于比例坐标相似变换的加权余量法和虚功原理得到以位移为未知量的系统控制方程,属于Lagrange体系。但在求解时,又引入了表面力为未知量,控制方程属于Hamilton体系。因而,本文提出在比例边界有限元离散方法的基础上,利用钟万勰教授提出的弹性力学对偶(辛)体系求解方法,通过引入对偶变量,直接在Hamil-ton体系框架内建立控制方程。再利用区段混合能和对偶方程得到了有限域、无限域边界静力刚度所满足的代数Riccati方程,该方程可采用特征向量展开方法和精细积分方法进行求解。

Hamilton体系与与弹性力学Saint－Venant问题

本文一改传统的在Ｌａｇｒａｎｇｅ体系欧几里德空间中用半道法讨论Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ问题的方法，而在具有守恒性的Ｈａｍｉｌｔｏｎ体系中辛空间里研究该问题．通过讨论Ｈａｍｉｌｔｏｎ算子矩阵的零本征值及其Ｊｏｒｄａｎ型，直接求解出全部Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ问题的解．

基于Hamilton体系的分离变量法

利用Hamilton体系下的分离变量法 ,对可用传统分离变量法分离变量的一类偏微分方程进行了求解 ,得到了完全相同的结果 ,从而说明了Hamilton体系下分离变量法的正确性和潜在能力 ,为Hamilton体系下分离变量法的广泛应用打下了基础 .

Hamilton体系中Timoshenko梁冲击问题的描述和求解

针对T im oshenko梁的冲击问题,在H am ilton体系中通过直接求解H am ilton矩阵的本征值问题并利用共轭辛正交关系,给出了以位移和应力表示的全状态向量解的一般表达式。根据边界条件给出了频率方程和广义模态函数向量。从H am ilton正则方程出发证明了广义模态函数向量的正交性,并给出了动响应及数值结果。从文中可以看出在H am ilton体系中结构弹性动力学问题的描述和求解的一般方法。通过比较本文结果与已有结果可以看出本文方法的正确性和可行性。

Hamilton体系下的功能梯度电磁弹性固体内的导波研究

根据Hamilton原理建立了三维压电压磁动力学耦合系统的Hamilton对偶体系,将经典的弹性力学一类变量问题转化为二类变量,建立了Hamilton正则方程组,研究了功能梯度电磁材料(FGMM)板/管内的弹性导波的频散特性及波结构特征。结果表明:(1)压电效应提高了Lamb波的频率和波速,而磁效应则相反,压电效应对波动的影响远大于磁效应;它们而对SH波没有影响(厚度方向极化)。(2)短路及断路电学边界条件对SH波不发生任何影响(厚度方向极化),而短路对Lamb波的频率和波速有不同程度的降低(相同波数下)。(3)在波结构上,对平板而言,所谓的"对称"和"反对称"Lamb波由于材料的梯度特性而变得不再严格的关于中心线对称或反对称。对管而言,由于材料的非均匀分布导致在轴对称扭转波模态中出现了横截面翘曲现象,轴对称纵向波也出现厚度剪切应力。

Hamilton体系下压电材料层合板特征值灵敏度分析

在Hamilton体系下,基于区间B(B-spline wavelet on the interval)-样条小波有限元法研究压电材料特征值的灵敏度分析问题,推导压电材料特征值响应灵敏度系数的控制方程。利用二分法求得压电材料层合板前4阶特征值对材料密度的灵敏度系数,并与有限差分法所得结果相比较,证明所提方法的可靠性。结果表明,在Hamilton体系下求解特征值的灵敏度系数是可行的。

Hamilton体系下矩形薄板受抛物线压力载荷的屈曲分析

针对四边简支矩形薄板在两对边相向的非线性分布压力下的面内应力分布以及屈曲问题,应用弹性力学的Hamilton体系和Galerkin法进行了研究.基于弹性力学的平面矩形域Hamilton体系,根据辛本征向量展开解法,得到了对应于零本征值和非零本征值的含待定常数的实数型面内应力分布通解.依据必须满足的应力边界条件,导出了矩形薄板在抛物线分布载荷下的面内应力分布.考虑到应力分布表达式的复杂性,用完全的解析方法得到屈曲载荷是不可能的.因此,运用基于虚功原理的Galerkin法,根据四边简支矩形薄板弯曲的位移边界条件,给出了不同长宽比矩形薄板受抛物线分布载荷的屈曲临界载荷.通过与已有文献中DQ法给出的数值计算结果比较,表明了本文求解方法的有效性和正确性.基于所给出的结果,可望为解决矩形薄板在非线性分布载荷下的面内应力分布以及屈曲问题提供一种新的研究方法.

Hamilton体系下混凝土壳体结构的基本方程及求解方法

基于极坐标下混凝土壳体结构的基本方程,根据结构力学与最优控制的模拟关系,利用径向坐标模拟为时间坐标,推导了H am ilton体系下混凝土壳体结构的状态方程;进而在辛体系下,采用本征向量展开法对系统进行了分析,并给出了相应的实际算例,其结果说明了文中方法的有效性和正确性。为此类结构的计算提供了一种新的求解途径。

Hamilton体系下弹性力学半解析法的一个守恒律

通过对Hamilton体系下弹性力学半解析法控制方程的求解 ,得到了一个广义动量守恒定律 ,并较为详细地讨论了单元不等长、一边有面力或有位移边界、有体力等情况的广义动量守恒性 .

基于Hamilton体系的Lagrange方程盒式倾转旋翼无人机建模

针对倾转旋翼飞行器动态倾转过程中动力学建模问题进行了研究。首先,从多体动力学出发,以某盒式倾转旋翼无人机为算例,将该无人机假设成由机翼、机体、涵道风扇、倾转旋翼等组成的多刚体系统。其次,通过不同刚体质心间的位移约束,建立该无人机系统的非保守力和力矩矩阵,以及动能、势能、余虚功和逆势能模型。最后,分别基于Hamilton体系下的Lagrange方程和第二类Lagrange方程推导并建立了该盒式倾转旋翼无人机的动力学模型。仿真结果表明:两类Lagrange方程所建动力学模型的仿真结果与实验数据一致,验证了所提建模方法的合理性;在倾转旋翼转速不变的情况下,倾转过程所用时间越长,无人机掉高越少,轨迹越光滑,但输入能量越多,具体倾转过程的设计要根据实际输入能量、倾转时间等需求进行确定。

Hamilton体系下海底悬跨管道动力特性分析

鉴于海底油气管道的悬跨易引发管道不稳定性、疲劳破坏等问题,影响管道运行安全,对复杂载荷联合作用下海底悬跨管道的结构动力特性进行研究.首先建立海底悬跨管道的非线性动力方程,引入对偶变量将方程转化为Hamilton体系下的辛对偶正则方程组.然后运用精细积分法求解方程组,讨论不同内流流速、压强、材料阻尼等参数对海底悬跨管道动力响应特性的影响.计算结果表明涡激振动中主振动为横向振动,振动响应幅值随内流速度、压强和轴向力的增加而增大,而材料黏弹性系数对振幅的影响不大.

Hamilton体系下中厚板静力弯曲和自由弯曲振动问题的一类模型及通解

对于中厚板的静力弯曲和自由弯曲振动问题,引入两个辅助函数,采用胡海昌在Reissner板理论基础上提出的中厚板微分方程及边界条件,将两类问题的控制方程引入Hamilton体系,分别得到Hamilton体系下中厚板静力弯曲和自由振动问题的微分方程组模型. 比较后得到了Hamilton体系下中厚板静力和振动问题的统一模型,其特点是: 微分方程组模型的统一形式中Hamilton矩阵在对角线位置有2个零子块矩阵. 对于中厚板静力和振动问题,比较了所得齐次微分方程组的特征根,给出齐次微分方程组的通解并进行了比较,从而使问题的求解更理性化和合理化,求解过程遵循一套统一的方法论,便于把这类解法推广到其它问题.

对一般Hamilton体系近似解保辛条件的讨论

The symplectic conservative condition of an approximate integration for a general Hamilton system is clarified.

Hamilton体系下阶梯梁的辛求解与实验验证

在哈密顿体系中,用辛数学方法求出了阶梯梁自由振动的固有频率和结构振型,并进行试验验证。通过对具有3个阶梯的两端固支阶梯梁进行实验验证,得到了实测的前4阶固有频率和对应的结构振型。结果表明,辛数学方法所得到的频率和振型与实测结果符合很好,其可靠性与准确性得到了验证,同时,可以很好的保证结果的完备性和收敛性。

蜂窝夹层板动力分析的Hamilton体系与辛算法

将蜂窝夹层板动力分析从Lagrange体系改换为Hamilton体系。通过作者早已提出的一条简单而统一的新途径,建立了蜂窝夹层板动力学的相空间非传统Hamilton变分原理,并从该原理推导出相应的Ham-ilton正则方程、边界条件与初始条件。然后基于这种相空间非传统Hamilton变分原理,提出蜂窝夹层板动力响应分析的辛空间有限元-时间子域法,算例的数值结果表明,这种新方法的计算精度与效率都明显高于国际上常用的Wilson-θ法和Newmark-β法。

Hamilton体系下四边简支复合材料开口圆柱层合壳灵敏度分析的解析法研究

基于修正后的H-R(Hellinger-Reissner)变分原理,推导了开口圆柱单层壳的Hamilton正则方程和开口圆柱层合壳的微分控制方程。将微分控制方程和灵敏度系数控制方程耦合,得到了开口圆柱层合壳响应和响应灵敏度系数的混合控制方程。利用该混合控制方程,对均布载荷作用下四边简支三层开口圆柱壳进行了位移灵敏度分析,并将所得的灵敏度分析结果与有限差分法相比较。结果表明,笔者推导的开口圆柱层合壳的混合控制方程是正确的,并且简化了Hamilton体系下层合壳结构的灵敏度分析过程。

Hamilton体系在电磁涡流耗散系统建模中的应用研究

电磁涡流场问题的传统求解方法是按照电磁场基本理论来建立方程,并通过各种数值计算方法来求解,其缺点是计算量大,精度难以保证。文中从能量的角度出发,给出电磁涡流耗散系统的Hamilton函数;依据分析力学中Hamilton理论,推导出系统的正则方程,建立了涡流耗散系统问题求解的新模型。该建模方法将为电磁涡流问题的求解提供一条新途径。

Hamilton体系下弹性力学的两个守恒律

采用与前稍有不同的方法，将Ｈａｍｉｌｔｏｎ体系引入弹性力学中，并讨论了相应的Ｈａｍｉｌｔｏｎ函数的守恒性和动量守恒定律。