基于比例边界有限元的复合梁自由振动频率计算

将比例边界有限元方法(SBFEM)拓展用于计算复合梁的自由振动频率.该方法将梁简化为一维模型,并且仅选用x和z方向的弹性线位移作为基本未知量.从弹性力学基本方程出发,通过比例边界坐标、虚功原理和对偶变量技术推导得到了复合梁的一阶常微分比例边界有限元动力控制方程,其通解为解析的矩阵指数函数.利用Padé级数求解矩阵指数函数可得各个梁层的动力刚度矩阵,根据自由度匹配原则组装得到复合梁的整体刚度和质量矩阵.求解特征值方程,最终可得复合梁的自由振动频率.该方法对复合梁的层数和边界条件均无限制,具有广泛的适用性.将该文的解与三层、四层和十层复合梁振动频率的数值参考解以及阶梯型悬臂梁固有频率的实验实测值进行对比,验证了比例边界有限元算法的准确性、高效性和快速收敛性.

矩阵指数精细积分方法中参数的自适应选择

讨论了基于Pade逼近的矩阵指数精细积分方法中加权系数N和展开项数q的自适应选择问题。参数(N,q)的选择直接影响到矩阵指数计算的精度和效率。采用矩阵函数逼近理论,研究了参数N和q的增加对精度的影响程度,据此,提出了参数(N,q)优化组合的递推自适应选择方法。该方法可以根据矩阵本身的性态选择合适的参数(N,q),而参数选择的计算量与矩阵指数的计算量相比几乎可以忽略,这对于增强矩阵指数精细积分方法的适应性和提高计算效率是很有益处的。算例验证了该方法的正确性和有效性。

基于集中浓度矩阵和精细积分法的氯离子时变扩散模型

针对传统模型采用一致协调浓度矩阵和Taylor级数展开难以兼顾计算精度、效率和数值稳定性的缺陷,研究提出了一种基于集中浓度矩阵和精细积分法的氯离子时变扩散模型:通过引入等效扩散时间,将氯离子的时变扩散控制方程变换为等效常扩散控制方程;基于伽辽金加权余量法,建立了基于集中浓度矩阵的氯离子时变扩散有限元模型;结合Padé级数展开技术,提出了基于集中浓度矩阵和精细积分法的氯离子时变扩散模型;通过与传统有限元模型、解析模型和自然暴露试验数据的对比分析,验证了该模型的有效性。分析表明:与传统的一致协调浓度矩阵相比,采用集中浓度矩阵具有更高的计算精度,而且可以避免振荡和负值等数值不稳定性问题;与传统的Taylor级数展开相比,采用Padé级数展开只需较小的尺度因子就可以保证计算精度,计算效率大幅提高;该模型不仅可以同时兼顾计算精度、效率和数值稳定性,而且对空间离散网格和时间步长的依赖性相对较小。