基于对偶神经网络的动力方程精细积分法EI北大核心CSCD

针对一般动力学方程,提出了一种用于求解具有任意非齐次项动力学方程的对偶神经网络精细积分算法。在时间域内,对动力学非齐次方程求解中涉及到的积分运算,选用一组神经网络同时逼近被积函数和原函数,然后通过牛顿莱布尼茨公式实现积分项的求解。该方法利用神经网络的函数拟合优势,具有对时间步长不敏感,不需要对矩阵求逆,不对非齐次项进行假设等优点。通过算例与精细积分法、威尔逊-θ、广义精细积分法等方法进行比较,计算结果表明该方法精度较高、适用范围广。     

非线性系统控制方程的齐次扩容精细积分法

基于齐次扩容精细积分法，提出一种新的求解非线性微分方程的高精度预测一校正算法。首先，借助Taylor级数展开，在一个积分步长内将非线性方程转化为线性非齐次方程，然后利用齐次扩容方法，进。一步将其化为线性齐次方程组，便于用精细积分算法求解。为了避免繁琐的导数推导和计算，采用修正Euler法作为预测步、齐次扩容精细积分法进行多次校正计算的方案，获得了较高精度的计算结果。所提出的方法算法简单，编程容易，且避免了系统矩阵的求逆计算，具有更加广泛的应用范围，适用于多自由度、强非线性非保守系统的求解。     

受演变随机激励结构响应的扩展精细积分方法

摘要：对于受演变随机激励的线性多自由度体系,给出了计算其非平稳响应的扩展精细积分方法。首先采用虚拟激励法,将随机荷载转化成确定性荷载,然后采用Duhamel积分的精细计算方法,构造出统一形式的精确、高效递推格式。本文方法避免了矩阵的求逆运算,不依赖于系统矩阵或其动力矩阵的性态,提高了数值稳定性和应用范围。本文方法具有与混合型时程精细积分方法同样高的数值精度,而效率上要高于增维精细积分方法。算例验证了本文算法的优越性。     

大规模动力系统高精度増维精细积分方法快速算法

考虑高精度増维精细积分法求解大规模动力系统快速算法。为提高増维精细积分方法求解大规模动力系统精度,将非齐次项近似为高阶多项式,形成高精度増维精细积分方法;为减少计算时间、提高计算效率,提出高精度増维精细积分方法快速算法。算例表明,通过提高非齐次项近似阶数可显著提高计算精度,快速算法可使计算效率呈量级提高,高精度快速算法适合大规模动力系统长时间推进计算。     

线性动力分析的一种通用积分格式

针对线性动力状态方程■,结合泰勒级数展开式和广义精细积分法,提出了一种避免状态矩阵求逆的线性动力分析的通用积分格式。将非齐次项在t_(i+1)=(i=0, 1, 2,…,n)时刻利用泰勒公式将其展开成幂级数形式;结合广义精细积分法中的递推公式即可求解出非齐次项的动力响应。该方法计算格式统一,易于编程,通过选取幂级数的项数,可得到不同的计算精度。与传统的数值积分法相比,该方法具有很高的精度、稳定性及适当的效率,可用于求解任意激励下结构的动力响应。     

结构动力方程的增维分块精细积分法

在增维精细积分法的基础上,对矩阵进行分块计算.考虑非齐次项的特点,减小了矩阵的维数,实现简化计算,提高了计算效率,同时算法仍然具有增维精细积分法的原有优点.数值算例表明本方法在保持精度的同时提高了计算效率,在处理大型问题时将有着很大的优势.     

基于三次样条插值的精细积分法

结合指数矩阵的精细算法,提出了一类基于三次样条插值的精细积分方法。针对结构动力学方程一般解中的积分项,考虑在一个时间步长内激励为线性和正余弦两种变化形式,通过对积分项中的指数矩阵进行三次样条插值函数模拟,得到一组新的被积函数,最后通过多次分部积分,构造了一类新的高精度计算格式。在三次样条插值函数构造过程中引入了指数矩阵的精细算法,有效避免了中间过程中有效数字的丢失,同时还有效解决了HPD-F算法中涉及的矩阵求逆问题,大大增加了算法的数值稳定性。数值算例显示了该方法的有效性。     

连续梁瞬态振动离散时间精细传递矩阵法

针对连续梁振动问题,将通常诸如中心差分法、Hewmark-β法等结构动力学差分方法和矩阵指数精细积分法相结合,提出了一种高效求解连续梁瞬态振动的方法,离散时间精细传递矩阵法.该方法基于连续梁振动偏微分方程,将惯性项中加速度通过差分法线性化为位移的线性函数,于是原系统的连续偏微分方程就转化为线性非齐次常微分方程组.通过精细积分法求解该系统从一端到系统另一端的传递矩阵,非齐次项可选用梯形积分、高斯积分等方法得到,结合边界条件既可进行系统动力学分析.系统固有振动分析可视为读方法的特例.通过数值算例证明提出的方法精度高、有效.     

车辆-轨道非线性耦合动力学的精细积分法及其应用

提出精细积分法求解移动质量与结构相互作用的新的计算方法。分析焊接接头不平顺和轨枕悬空对轮轨力和轨道部件之间相互作用力的影响。该方法采用非齐次项的Duhamel积分的精细积分算法,避免状态空间下系统矩阵求逆。通过Lagrange插值多项式获得移动质量与结构相互作用的载荷项外插公式,无需迭代求解移动质量和结构非线性相互的动态响应。系统矩阵具有时不变性,无需反复计算指数矩阵。在每个积分步内,利用Euler梁的形函数分解移动载荷项,获得移动载荷与结构相互作用时间和空间连续变化的情况。计算结果表明,轮轨力的第一个峰值主要由于焊接接头不平顺造成,轨枕悬空主要影响轮轨力第二峰值。焊接接头不平顺区易出现轨枕悬空。轨枕悬空出现后,悬空区有扩大的趋势。     

基于微分求积的结构随机振动时域分析方法

将微分求积法应用于结构动力学方程的逐步时程积分时存在计算效率低的问题.为此,从数值积分角度出发,采用复化微分求积公式计算Duhamel积分项,并将其和精细积分法结合,可形成一种计算任意随机激励下结构随机振动时域分析的显式求解方法.该方法无需对系数矩阵求逆,能够减小在一个积分步长内载荷量线性化所造成的误差,同时也提高数值...     

复阻尼结构动力方程的高斯精细时程积分法

复阻尼振动系统的瞬态响应通常只能在频域内求解。该文根据复阻尼理论应遵循对偶复化的原则,结合精细积分指数矩阵和高斯积分的运算方法,通过理论推导,给出了复阻尼结构动力方程的高斯精细时程积分法。分别采用Newmark-法和高斯精细时程积分法计算了复阻尼多自由度系统地震时程响应,并与频域法（视为精确解）的计算结果进行比较。结果...     

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。     

基于改进高斯精细积分法的车桥耦合振动分析框架

假定任一时刻的位移可以根据其相邻时间步上的运动状态由Hermite插值函数确定,采用3节点高斯积分方法展开精细积分法中状态方程的Duhamel项,构造了一种改进的高斯精细积分算法用于求解结构非线性问题,在此基础上,提出了适用于车桥耦合振动研究的高效求解分析框架。车桥耦合系统由车辆、桥梁有限元子系统组成,其中车辆子系统引入部件刚体假定,而桥梁子系统借助于振型叠加法缩减自由度数目,两个子系统间的相互作用通过非线性的虚拟力表达。以一节4轴客车匀速通过32m简支梁为研究对象,分别采用所提出的分析框架、传统Newmark-β法进行动力分析。结果表明:相对于Newmark-β法,高斯精细积分方法既能避免求解线性方程组,又可显著提高计算收敛的积分步长,分析框架显示出良好的实用效果。     

基于精细积分法的结构碰撞反应谱研究

碰撞是导致结构地震破坏的重要原因之一,其与两碰撞结构的动力性能和地震作用密切相关,应给出与两个结构动力参数相关的反应谱,以指导结构考虑碰撞的抗震设计。本文给出相邻结构碰撞加速度反应谱定义,推导了精细积分法碰撞计算公式,进行了该反应谱曲面的分析和探讨。结果表明,精细积分法适用于结构碰撞问题的计算,可得到高精度的解,无条件稳定且可提高计算效率。碰撞会加大结构的加速度响应;动力特性相同的两相邻结构产生的响应有差异;增大阻尼比和相邻结构阻尼比差别、以及设置足够大的初始间隙,可有效降低结构的碰撞响应。     

结构非平稳随机响应的增维精细时程积分

对于不同形式的均匀调制演变随机激励，给出计算线性多自由度体系非平稳随机响应的增维精细时程积分法。先用虚拟激励法将随机荷载化为确定性荷载，然后把确定性荷载用状态方程表示，进而构造出形式统一的增维精细时程积分格式。算例表明，本文方法不仅与混合型精细时程积分格式具有同样的精度，而且计算效率更高。     

精细直接积分法的积分方法选择

讨论了精细直接积分法中积分方法选择问题。通过理论推导和数值试验,指出为保持精细算法的高精度,应根据荷载的性质选择合适的积分方法,并得出激励为多项式形式时应选择代数精度高的积分方法的结论,指出科茨积分、高斯积分是保持精细算法高精度的较好积分方法。     

TWO SIMPLE FAST INTEGRATION METHODS FOR LARGE-SCALE DYNAMIC PROBLEMS IN ENGINEERING

A new simple explicit two-step method and a new family of predictor–corrector integration algorithms are developed for use in the solution of numerical responses of dynamic problems. The proposed integration methods avoid solving simultaneous linear algebraic equations in each time step, which is valid for arbitrary damping matrix and diagonal mass matrix frequently encountered in practical engineering dynamic systems. Accordingly, computational speeds of the new methods applied to large system analysis can be far higher than those of other popular methods. Accuracy, stability and numerical dissipation are investigated. Linear and nonlinear examples for verification and applications of the new methods to large-scale dynamic problems in railway engineering are given. The proposed methods can be used as fast and economical calculation tools for solving large-scale nonlinear dynamic problems in engineering.