结构优化中的海森矩阵的近似迭代方法

为了避免在结构优化中近似计算目标函数和约束函数的二阶泰勒展开式时计算海森矩阵,提出了只计算函数的一阶导数项计算海森矩阵逆的方法(DFP方法),这种方法省去了计算函数的二阶导数矩阵和求矩阵的逆的过程。通过对悬臂板结构的优化计算表明,该方法对结构优化问题是有效的。     

基于梯度和海森矩阵计算在地震作用下桁架的形状优化

大型复杂桁架地震响应的形状优化需要大量的计算量,非梯度类算法由于效率低下通常很难成功解决该类问题.本文提出一种在地震作用下以获取质量最小化的二阶优化设计同时满足应力和位移约束的桁架形状优化设计方法.1)在Newmark-β法的基础上导出动力响应及其对设计变量一阶和二阶导数的计算方法;2)通过积分型罚函数将含时间参数的不等式约束问题转变为一系列不含时间参数的无约束问题,并利用动力响应的一阶和二阶导数计算罚函数的梯度和海森矩阵;3)充分利用梯度和海森矩阵的Marquardt方法求解无约束优化问题;演示了一个45杆桁架的形状优化设计.结果表明本文方法是一种桁架在地震作用下有效和高效的形状优化设计方法.     

非对称结构振型向量的海森阵算法

由于结构系统的非对称性,导致其振型向量的正交性变得不完整,为此引入左特征向量,从而修复了系统振型向量的正交性;提出了多元向量值函数的海森矩阵的概念;利用振型向量的正交性推导出计算其海森阵算法,从而构成了非对称结构系统的设计参数发生扰动后振型随之发生改变的改变量的二阶泰勒近似式,由于算法灵活紧凑,易于在大型工程结构动力分析中使用。     

无网格伽辽金法中两种基函数的性质

通过对无网格伽辽金法中基函数的研究,推导出了使用正交基函数后得到的形函数与形函数导数和使用多项式基函数所得到的形函数与形函数导数,得到了两者等价的结论。使用正交基函数使矩阵A成为对角矩阵,简化了对矩阵A求逆的过程,既节约了时间,还不影响计算精度,使得无网格伽辽金法具有更好的实用价值。在一维、二维中进行的验证结果,证明了本文结论,并进行了计算时间的比较。     

基于广义逆理论的河网糙率反演研究

引入广义逆和Backus-Gilbert反演理论，构造了牛顿-广义逆方法和自然逆方法计算优化算法的搜索方向，进行 河网糙率反演，并推导了两种算法反演解估计的分辨率矩阵和单位协方差矩阵.理论分析表明,牛顿-广义逆优化算法具有 二阶收敛速度.在反演过程中结合Wiggins方法控制观测数据中的噪声，能够有效调节河道糙率反演结果的分辨率和方差. 数值仿真表明这两种算法与Wiggins方法相结合，选取适当的控制参数，既能达到较高的精度，又能有效地抑制噪声，提 高数值计算的稳定性.     

重心插值配点法求解初值问题

将计算区间采用第二类Chebyshev点离散,利用数值稳定性好、计算精度高的重心Lagrange插值近似未知函数,建立未知函数各阶导数在计算节点上的微分矩阵,提出数值求解微分方程初值问题的重心插值配点法。采用重心插值配点法将微分方程及其初始条件离散为线性代数方程。将初始条件离散代数方程直接附加到微分方程离散代数方程组,得到n个变量n 2个方程的代数方程组,采用最小二乘法法求解线性代数方程,得到节点的函数值。进而利用微分矩阵直接计算得到未知函数在节点的一阶导数和二阶导数值。数值算例表明本文方法具有计算公式简单、程序实施方便和计算精度高的优点。     

特征值高阶灵敏度的有效算法

应用多参数特征值二阶摄动法对特征值高阶灵敏度算法进行了研究,得到了特征值高阶灵敏度矩阵——海森矩阵的近似算法,并以一个框架结构为例验证了该算法的有效性。结果表明,用该算法能有效计算特征值高阶灵敏度矩阵。     

重心插值配点法求解初值问题

将计算区间采用第二类Chebyshev点离散,利用数值稳定性好、计算精度高的重心Lagrange插值近似未知函数,建立未知函数各阶导数在计算节点上的微分矩阵,提出数值求解微分方程初值问题的重心插值配点法。采用重心插值配点法将微分方程及其初始条件离散为线性代数方程。将初始条件离散代数方程直接附加到微分方程离散代数方程组,得到n个变量n＋2个方程的代数方程组,采用最小二乘法法求解线性代数方程,得到节点的函数值。进而利用微分矩阵直接计算得到未知函数在节点的一阶导数和二阶导数值。数值算例表明本文方法具有计算公式简单、程序实施方便和计算精度高的优点。     

一类修正Broyden算法的超线性收敛性分析

提出了一种求解非凸函数极小的修正的Broyden算法 ,该算法的基本思想是对计算Broyden修正矩阵的梯度差增加一个修正项。若假设目标函数是二阶连续可微的 ,二阶导数矩阵在极小点处正定 ,在极小点的邻域内满足Lipschitz条件时 ,证明了修正Broyden算法的q -超线性收敛性。     

计算布尔差分与布尔偏导数的表格方法

为了简化Reed-Muller型逻辑函数的布尔差分与布尔偏导数的计算过程，提出了一种基于表格的新方法. 该方法通过用表格列出Reed-Muller型逻辑函数的1值积项，并对1值积项中相应的位取1到0的变换产生新项来计算一阶布尔差分. 二阶布尔差分通过两次变换产生新积项，并删除相同积项来得到. 一阶布尔偏导数作为一阶布尔差分，二阶布尔偏导数通过对积项中相应位作两次连续的1到0的变换来得到. 该方法用表格模拟了计算布尔差分与布尔偏导数的过程. 应用结果表明，与图形方法相比较，该方法不需要画图，操作简便，可适合求解多变量逻辑函数以及计算机编程.