基于B样条插值的数值流形方法与时间积分方法的研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:www_acafa_com
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
数值流形方法是一种广义的数值计算方法,能对连续变形与非连续变形问题进行统一求解,具有较高的求解精度。同时,数值流形方法采用两套分开且相互独立的数学覆盖网格和物理覆盖网格组成的有限覆盖系统进行计算,能简化网格划分和避免网格畸变,且能较好的适应间断和大梯度问题,因此其应用领域得到了不断的拓展。虽然,现有的数值流形方法具有较高的计算精度,但计算量大,并且容易导致线性相关性,质量不守恒等问题,很大程度地限制了其更广的应用。特别地,目前仍未见有将数值流形方法应用于结构动力响应分析的相关研究或报道。为此,本文采用B样条函数构造了新的数值流形方法,可避免传统数值流形方法中存在的上述问题,能有效求解结构的动力响应问题。另外,鉴于B样条函数具有局部支撑性好及连续性高等特点,将其应用于构造新的时间积分方法,得到了三种高效的时间积分方法。论文的研究工作及成果主要有以下几个方面:①基于数值流形方法的广义势能原理首次推导给出了薄板弯曲计算的一般数值流形格式。对于线弹性动力响应问题,给出了数值流形方法对应的广义瞬时势能形式,以此为基础推导了最终计算的流形元动力方程;考虑数值流形方法的特殊性,给出了流形元动力方程特定的初始值计算方法,并对时间积分方法的计算做了相应的处理;然后,利用上述动力学理论推导给出了薄板弯曲振动求解的动力学流形格式。典型结构的数值计算验证了上述理论的正确性。②基于B样条函数构造了新的数值流形单元,对于任意阶次的B样条函数,推导给出了对应的一维与二维流形单元的插值函数形式以及有限覆盖系统的生成。更进一步地,给出了三次、四次与五次B样条流形单元权函数与局部覆盖函数的具体形式。研究了B样条函数的重节点对B样条流形单元协调性的影响,并给出了具体的数学关系式。基于给出的数值流形方法动力学理论与B样条流形单元,分析计算了简支梁的弯曲振动问题,简支薄板静力以及弯曲振动问题,获得了满意的数值解,表明了新的数值流形方法求解动力响应问题的有效性。将计算结果与有限元对比,表明了B样条流形方法在计算精度与计算效率上的优越性。③利用均匀三次B样条函数推导给出时间域上的B样条插值模型,并以此为基础推导了单自由度与多自由度动力方程的求解格式。稳定性分析表明,通过控制参数可使算法获得条件稳定和绝对稳定。新的三次B样条时间积分方法对于单自由度系统,多自由度系统及有限元离散的动力方程的求解都是高效的。精度分析和算例表明新算法不仅可以获得满意精度的位移解,且能得到比传统方法更高精度的速度和加速度解。④采用一维五次B样条插值模型近似表示时间域上的位移、速度、加速度、位移的三阶及四阶导数,并以此为基础推导了单自由度与多自由度系统动力方程的求解格式,获得了新的五次B样条时间积分方法。为得到要求的初始值,给定了两种特定的初始化算法。其中,通过算例验证了间接初始化算法的计算精度与收敛性。稳定性分析表明新的五次B样条时间积分方法是条件稳定的。精度分析与数值算法表明,新方法具有很高的插值精度,明显高于传统的时间积分方法,且对于波动问题的求解比中心差分法更有效。⑤从B样条函数的定义出发,推导给出了均匀七次B样条函数,建立了时间域上的七次B样条插值模型,以此模型近似表示时间域上的位移、速度、加速度及位移的三阶导数,然后基于配点法推导给出了新的七次样条时间积分方法。通过选择区间上的不同配点(算法参数)可获得条件稳定和绝对稳定的算法。分析了算法参数对计算精度的影响,表明了算法的高计算精度。数值算例表明,新方法具有很好的数值耗散性质,对于新的B样条单元的流形元动力方程的求解是高效的。
其他文献
随着改革开放的深入和社会主义市场经济的发展,出纳人员的地位和作用变得日趋重要。本文通过对企业出纳岗位中工作人员进行多角度的分析,并指出了出纳岗位在企业中的地位和作
素质教育要进入课堂必须有具体的操作形式作为支持 ,因而 ,探求与素质教育相适应的教学模式就显得非常重要。对语文教学影响最为深远的是解放初期引进的凯洛夫教育学 ,课堂教
综述了MDCK细胞的来源、生物学特性及培养方式,旨在为今后MDCK细胞的培养及流感病毒细胞介质疫苗的大规模生产提供理论基础与依据。
委婉语是和谐类的间接言语行为,本质上具有委婉有礼、令人愉快的语言特色,得体的使用自然是关键。而委婉语的研究多侧重于静态的条件分析,本文以利奇的"礼貌原则"及布朗和列
<正>武当山古建筑群是著名的道教文化景观,是自然景观同人文景观相结合的典范,1994年12月,被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。中国古代的建筑师在设计武当山景观时,主
现代社会已进入二十一世纪--网络时代,在以"信息高速公路"为代表的全球信息化大潮下,信息网络已深入到社会的各个领域。笔者作为基层人民银行和一名科技人员,同时又兼职支行
对一般贸易战略转型及政策调整问题开展研究,有助于客观地了解浙江省一般贸易在经济发展中的作用,对于破解金融危机下外贸企业的发展困境,完善浙江省一般贸易政策,促进外贸增
纳兰性德笔下的文字凄凉优美,令世人所动容。他的悼亡词给我们昭示着一种关于生命细节"哀感顽艳"的苦情咏叹。用生命演绎的凄美,注定要用更唯美的方式展现。本文通过对纳兰不
<正>首先通过对数控回转工作台的夹紧定位机构的设计与选型进行研究,其次对液压、气动、齿盘等几种不同形式的数控转台夹紧定位机构的结构及其优缺点进行详细的论述。最后建
国际商务交流日益频繁,商务英语应运而生。与之相适应,商务英语翻译的重要性也愈益彰显。该文将从商务英语词汇、句法等语言的主要特点入手,通过举例探讨商务英语翻译中的主