弹性膜结构动力学的各类非传统Hamilton型变分原理

根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想,通过罗恩早已提出的一条简单而统一的新途径,系统地建立了弹性膜结构动力学的各类非传统Hamilton型变分原理.这种新的非传统Hamilton型变分原理能反映这种动力学初值-边值问题的全部特征.文中首先给出膜结构动力学的广义虚功原理的表式,然后从该式出发,不仅能得到膜结构动力学的虚功原理,而且通过所给出的一系列广义Legendre变换,还能系统地成对导出弹性膜结构动力学的5类变量(pα,pβ,pγ,vα,vβ,vγ,Nα,Nβ,Sαβ,εα,εβ,εαβ,u,v,w)、4类变量(pα,pβ,pγ,Nα,Nβ,Sαβ,εα,εβ,εαβ,u,v,w)、3类变量(Nα,Nβ,Sαβ,εα,εβ,εαβ,u,v,w)和2类变量(Nα,Nβ,Sαβ,u,v,w)非传统Hamilton型变分原理的互补泛函、以及相空间(pα,pβ,pγ,vα,u,v,w)非传统Hamilton型变分原理的泛函与1类变量(u,v,w)非传统Hamilton型变分原理势能形式的泛函.同时,通过这条新途径还能清楚地阐明这些原理的内在联系.     

空间框架结构弹性动力学非传统Hamilton型变分原理

根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想,通过罗恩提出的一条简单而统一的新途径,系统地建立了空间框架结构弹性动力学的各类非传统Hamilton型变分原理．文中首先给出空间框架结构弹性动力学的广义虚功原理的表式,然后从该式出发,不仅能得到空间框架结构弹性动力学的虚功原理,而且通过所给出的广义Legendre变换,还能系统地成对导出空间框架结构弹性动力学的5类变量、3类变量、2类变量变分原理的互补泛函,以及1类变量和相空间非传统Hamilton型变分原理的泛函．同时,通过这条新途径还能清楚地阐明这些原理的内在联系．     

平面框架结构折线型弹塑性动力学非传统Hamilton型增量变分原理

根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想,通过罗恩提出的一条简单而统一的新途径,系统地建立了平面框架结构折线型弹塑性动力学的各类非传统Hamilton型变分原理.文中首先给出平面框架结构折线型弹塑性动力学的广义虚功原理的表式,然后从该式出发,不仅能得到平面框架结构折线型弹塑性动力学的虚功原理,而且通过所给出的广义Legendre变换,还能系统地成对导出平面框架结构折线型弹塑性动力学的5类变量分原理的互补泛函,以及1类变量和相空间非传统Hamilton型变分原理的泛函.同时,通过这条新途径还能清楚地阐明这些原理的内在联系.     

厚板动力响应分析的一种辛算法

将厚板动力分析从Lagrange体系改换为Hamilton体系.根据古典阴阳互补和现代对偶互补的基本思想,首次建立了线性阻尼情形下厚板动力学的相空间非传统Hamilton变分原理.这种变分原理不仅能反映这种动力学初值—边值问题的全部特征,而且它的欧拉方程具有辛结构的特征.基于该变分原理,提出一种称之为辛空间有限元—时间子域法的辛算法.这种新方法是由空间域采用有限元法与时间子域采用La-grange插值多项式插值的时间子域法相结合而成.文中用这种辛算法分析了四种支承条件下厚板的动力响应问题.算例的计算结果表明,这种新方法的稳定性、收敛性、计算精度和效率都明显高于国际上常用的W ilson-θ法和Newm ark-β法.     

基于对偶变量变分原理和两端动量独立变量的保辛方法

将广义位移和动量同时用拉格朗日多项式近似,并选择积分区间两端动量为独立变量,然后基于对偶变量变分原理导出了哈密顿系统的离散正则变换和对应的数值积分保辛算法．当位移和动量的拉格朗日多项式近似阶数满足一定条件时,可以自然导出保辛算法的不动点格式．通过数值算例讨论了位移和动量采用不同阶次插值所需最少Gauss积分点个数,并讨论了位移插值阶数、动量插值阶数以及Gauss积分点个数对保辛算法精度的影响,说明了上述不动点格式恰好是一种最优格式．     

基于变分网格的曲面简化高效算法

根据变分网格逼近表示所定义的全局误差能量,提出一种局部贪心优化算法.该算法通过控制目标网格分片数来简化网格,通过种子的自适应选取来达到理想的简化效果,具有直观的几何意义.该方法计算量较小,效率较高,能够有效地应用于几何造型系统中.     

多刚体动力学仿真的李群变分积分算法

刚体的构形可用其质心位置和姿态矩阵描述.刚体的位置可以在欧几里得空间中表示，但是其姿态矩阵是在李群上演化的.由于李群独特的非线性性质，基于欧氏空间的多体动力学建模与数值算法难以完全真实地描述系统的动力学特性，特别是长时间历程的动力学特性.本文基于几何力学理论，首先根据离散Hamilton变分原理与离散Legendre变换，建立了多刚体系统的Hamilton体系李群变分积分公式.其次，给出李群变分积分公式的两种离散格式：一般离散格式和RATTLie离散格式.最后，采用这两种不同离散格式构建的算法计算了重力作用下空间刚体双摆的动力学问题，对比研究了算法在保持系统群结构、系统能量等方面的性质.计算结果表明，RATTLie离散格式较一般格式精度更高，且能更好地保持系统群结构与能量.     

平面粘性流体扰动问题的变分原理及双正交关系

通过引入不同的对偶变量,将粘性流体的扰动问题化为具有良好结构特性的可解耦Hamilton系统.利用可解耦Hamilton系统微分形式与积分形式的等价性,导出了粘性流体扰动问题的Hamilton混合能变分原理,并建立了本征函数系之间的双正交关系.     

基于变分原理的亚像素级立体匹配方法

针对小基高比立体匹配当中的亚像素级视差精度和匹配效率较低问题,提出一种基于变分原理的亚像素级立体匹配方法.该方法以规范互相关函数作为能量函数的数据项,并将图像驱动的平滑项和视差驱动的平滑项相结合作为能量函数的平滑项,然后通过变分原理获得能量函数的欧拉方程,最后通过连续过松弛法进行迭代求解获得亚像素级视差.实验结果表明,提出的亚像素级匹配方法不但可以获得较高精度的亚像素级视差,得到更为精确的高程信息,而且还具有较快的匹配速度.     

求解最优控制问题的混合变量变分方法及其航天控制应用

针对非线性最优控制导出的Hamiltonian系统两点边值问题,提出一种以离散区段右端状态和左端协态为混合独立变量的数值求解方法, 将非线性Hamiltonian系统两点边值问题的求解通过混合独立变量变分原理转化为非线性方程组求解.所提出的算法综合了求解最优控制 的"直接法"和"间接法"的特征,既满足最优控制理论的一阶必要条件,又不需要对协态初值的准确猜测,避免了求解大规模非线性规划问题. 通过两个航天控制算例讨论了本文算法的精度和效率等问题.与近年来在航空航天控制中备受关注的高斯伪谱方法相比较,本文算法无论是在 精度还是效率上都具有明显的优势.     

阻尼运动的动力学逆问题和变分法逆问题

以阻尼运动为例,研究动力学逆问题和变分法逆问题的特征,以及两者之间的关联.首先,从该运动的运动规律导出几种对应的运动微分方程,即得到几种不同的作用于质点上的力,并讨论了这几种情况之间的联系和区别;其次,从其中两种运动微分方程出发,直接构造出相应的Lagrange函数和函数族;最后,指出了两种逆问题相组合产生的新结果.     

Multi-pulse orbits dynamics of composite laminated piezoelectric rectangular plate

The multi-pulse orbits and chaotic dynamics of a simply supported laminated composite piezoelectric rectangular plate under combined parametric excitation and transverse excitation are studied in detail. It is assumed that different layers are perfectly bonded to each other with piezoelectric actuator patches embedded. The nonlinear equations of motion for the laminated composite piezoelectric rectangular plate are derived from von Karman-type equation and third-order shear deformation plate theory of Reddy...     

基于JSTAMP/NV的厚板弯曲件回弹分析要点

以铁路货车某类零件为例,结合铁路货车冲压件的特点,从建立回弹分析的数学模型入手,用JSTAMP/NV研究回弹的有限元求解过程,找出影响回弹的主要因素.结合实际模具设计,从坯料的网格划分、成型速度和自适应设置等方面论述提高回弹仿真分析精度的若干要点.     

A class of nonlinear proximal point algorithms for variational inequality problems

This work is motivated by a recent work on an extended linear proximal point algorithm (PPA) [B.S. He, X.L. Fu, and Z.K. Jiang, Proximal-point algorithm using a linear proximal term, J. Optim. Theory Appl. 141 (2009), pp. 299–319], which aims at relaxing the requirement of the linear proximal term of classical PPA. In this paper, we make further contributions along the line. First, we generalize the linear PPA-based contraction method by using a nonlinear proximal term instead of the linear one. A notable superiority over traditional PPA-like methods is that the nonlinear proximal term of the proposed method may not necessarily be a gradient of any functions. In addition, the nonlinearity of the proximal term makes the new method more flexible. To avoid solving a variational inequality subproblem exactly, we then propose an inexact version of the developed method, which may be more computationally attractive in terms of requiring lower computational cost. Finally, we gainfully employ our new methods to solve linearly constrained convex minimization and variational inequality problems.     

压电复合材料悬臂板1∶3内共振的非线性动力学分析

本文以飞行器机翼为工程背景,将机翼简化为悬臂板模型,在应用经典板理论和Hamilton原理建立横向和面内激励共同作用下压电复合材料悬臂板的无量纲非线性偏微分方程的基础上,利用Galerkin方法将系统离散为两自由度的非线性常微分方程.然后考虑主参数共振-1∶3内共振,运用多尺度法将两自由度的系统控制方程进行摄动分析,推导出四维平均方程.基于四阶Runge-Kutta法,使用MATLAB软件研究了横向外激励幅值和压电参数项对压电复合材料悬臂板非线性动力学行为的影响.结果表明,系统存在周期和混沌运动,所得结论对实际工程具有指导意义.     

A family of variational principles for linear micromorphic elasticity

Via He’s semi-inverse method, a family of generalized variational principles of micromorphic elasticity is established directly from the field equations and boundary conditions. This paper aims at providing a more complete theoretical basis for the finite element applications and other direct variational methods such as Ritz’s, Trefftz’s and Kantorovitch’s methods.