二维开口腔体填充多层各向异性介质TM波散射特性分析

应用区域分解法(DDM)结合有限元(FEM)和边界积分法(BIM)分析了填充多层各向异性介质二维开口腔体TM波散射特性.对腔体外区域采用边界积分法进行分析,将腔体内的每层介质作为一个子域用有限元法分析,各子域间通过传输条件进行耦合.作为算例,分别计算了腔体中填充各向同性和各向异性介质时的散射截面,数值结果表明了该方法的有效性.采用这种技术,大大地减少了对计算机内存的需求.     

基于有限元对双负介质覆盖导体方柱的宽带散射特性分析

文章应用有限元-边界积分法分析了双负介质覆盖导体方柱的电磁散射。与相关文献结果对比验证了该算法和程序的正确性。计算表明:由于模拟的双负介质是匹配介质,其吸波性能要优于等离子体,适当选取双负介质参数,可以使双负介质包层有效地减小目标的雷达回波。     

各向异性介质覆盖导体柱电磁散射特性的FEM/BEM分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维各向异性介质覆盖导体柱的雷达散射截面,对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析,然后通过场的连续性进行耦合,形成待求矩阵方程,最后应用内观法结合多波前法求解该方程.作为算例,分别计算了无限长各向同性介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面,结果与有关文献一致,在此基础上计算了各向异性介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面.     

一维波动有限元模拟中透射边界的时域稳定条件

多次透射边界是近场波动数值模拟的一种重要人工边界条件,但其数值稳定性问题一直是致力于解决的关键问题,同时亦是研究难点.本文提出了透射边界时域稳定条件的概念,从透射边界时域计算参数方面界定边界稳定性特征.基于空间插值模式讨论了波动有限元模拟中透射边界可能采用的数值计算格式,进而根据频域反射系数和反射放大失稳准则导出明确的透射边界时域稳定条件.定量地研究了一阶和高阶透射边界不同数值计算格式下人工波速取值和透射阶次对边界稳定性的影响,结果显示人工波速取值远超过介质物理波速或高阶边界选择了不恰当的数值计算格式是导致边界失稳的重要原因.将透射边界和经典的Clayton-Engquist边界、Higdon边界等统一归结为位移型人工边界范畴,其中透射边界具有可调人工波速和不同透射阶次的参数配置,概括了这类边界的基本特征.提出借鉴经典位移型人工边界的研究成果如箱型计算格式、纵横波速比限值、调整边界表达形式等,来改善透射边界时域稳定性的建议.     

三维电磁辐射问题混合阶矢量基有限元完全匹配层方法的研究

提出了一种用于3-D电磁辐射特性分析的快速有限元方法。该方法将混合阶矢量基函数与有限元完全匹配层方法相结合,将场矢量分布稀疏的完全匹配层区域采用混合阶矢量基函数的低阶部分,将场矢量变化剧烈的天线体附近区域采用混合阶矢量基函数的高阶部分,从而在保证计算精度的前提下,实现大量减少单纯使用高阶矢量有限元完全匹配层方法的矩阵方程维数和计算时间,提高计算效率的目的。数值算例验证了该方法的正确性和有效性。     

三维电磁辐射问题混合阶矢量基有限元完全匹配层方法的研究

提出了一种用于3-D电磁辐射特性分析的快速有限元方法。该方法将混合阶矢量基函数与有限元完全匹配层方法相结合,将场矢量分布稀疏的完全匹配层区域采用混合阶矢量基函数的低阶部分,将场矢量变化剧烈的天线体附近区域采用混合阶矢量基函数的高阶部分,从而在保证计算精度的前提下,实现大量减少单纯使用高阶矢量有限元完全匹配层方法的矩阵方程维数和计算时间,提高计算效率的目的。数值算例验证了该方法的正确性和有效性。     

不同边界条件薄壁截锥壳的高阶振动特性研究

采用传递矩阵法研究了不同边界条件下薄壁截锥壳的高阶振动特性.基于Love壳体理论建立薄壁截锥壳振动微分方程,根据薄壁截锥壳子段间的状态向量,通过传递矩阵法得出整体传递矩阵,并用高精度的精细积分法计算固有频率,通过文献和有限元法进行验证,并分析了薄壁截锥壳在不同边界条件下的高阶振动特性.结果表明,不同边界条件下,采用传递矩阵法计算高阶固有频率与有限元法的计算结果基本一致.当轴向半波数增加时,频率明显增大;随着周向波数的增加,频率先减小后增大.固支-固支和简支-简支边界下在m=1和n=7处得到最小频率,固支-自由边界下在m=1和n=6处得到最小频率,三种边界下最小频率值分别为400.1、325.6和226.1 Hz;边界条件约束越多,最低阶固有频率越大.     

二维不可压N-S方程二次四边形单元有限元解

粘性不可压流体问题是众多工程中重要的力学问题.数值求解Navier-Stokes方程会遇到两大困难:非线性和不可压性.针对二维不可压Navier-Stokes方程的特点,建立了以流函数为求解变量的四阶微分控制方程,有效地避免了处理涡量边界的难题.采用8节点二次四边形单元,单元基函数为2次非线性高阶函数,建立了求解二维不可压N-S方程的有限元方程,并自主开发了二次四边形单元有限元程序.数值实验结果验证了该方法的精确性和可靠性.因此,该方法在计算流体力学中有较好的应用前景.     

基于高阶矩法的CRTSⅡ型轨道板抗裂可靠度

文章提出了基于高阶矩的CRTSⅡ型轨道板抗裂可靠度分析方法。首先,利用ANSYS有限元软件建立列车竖向荷载作用下的CRTSⅡ型板式无砟轨道力学模型,同时考虑列车横向荷载及梯度温度作用,建立轨道板抗裂功能函数;接着,将二维减维点估计方法与结构有限元分析相结合求解考虑竖向荷载作用效应的隐式函数前四阶矩;最后,利用随机变量的前四阶矩,根据Monte-Carlo模拟计算抗裂功能函数的前四阶矩并基于高阶矩法计算功能函数的可靠指标。算例分析表明:文章提出的点估计-有限元方法计算的前四阶矩与Monte-Carlo模拟结果相对误差小于5%;计算的可靠指标为4.63,满足规范要求。该法具有简单、实效、模拟次数少的优点,为解决CRTSⅡ型轨道板在隐式函数情况下的抗裂可靠度分析提供了高效合理的工具。     

高速船垂向振动计算的流固耦合分析

寻求一种既能提高高阶计算精度,又计算简便能满足工程要求的实用计算模型,以提高振动预报的精度,这对于高速船的设计计算是迫切需要的,建立了二维模型杆-膜和梁-膜模型,船体结构部分采用二维有限元法计算,流体部分采用考虑线性自由表面条件和采用高频极限近似两种二维边界元法计算,应用改进的行列式搜索法以及交叉迭代法求解特征值及对应的特征向量,解决流固耦合问题.通过采用不同的附加质量计算方法以及不同的模型(杆-膜或梁-膜模型)分别进行计算,并对结果进行了比较分析.实船计算表明,编制的程序计算结果可靠,具有较强的工程实用价值.     

基于最佳一致逼近的高阶矩量法及其应用

文章应用最佳一致逼近理论构建了一种高阶基函数方法,并将其应用于二维电磁散射问题的求解。将计算结果与传统矩量法及解析解比较可知,该高阶矩量法在较低的剖分情况下,具有很高的计算精度。将此新型的高阶基函数方法用于电大导体和其它形状散射问题中,计算结果依然有较高的计算精度,从而有效降低了计算复杂度。     

Laguerre多项式的高阶矩量法在2维散射问题中的应用

为提高矩量法求解积分方程的精度,基于Laguerre多项式提出一种新型的高阶基函数法,将其应用于2维导体的电磁散射问题的求解.将计算结果与低阶矩量法和解析解进行比较可知:此高阶矩量法在较低的剖分情况下,具有较高的计算精度,表明该方法具有有效性和精确性.将此新型的高阶基函数法应用于电大导体散射目标时,其计算结果仍具有较高的精度.     

基于高阶谱和Tamura纹理的滚动轴承故障诊断

为了提高滚动轴承的故障诊断率,提出了一种基于高阶谱(high order spectrum, HOS)和Tamura纹理特征相结合的故障诊断方法。首先,通过高阶谱方法将滚动轴承故障振动信号的冲击提取出来;然后,对高阶谱进行处理得到二维等高线图;最后依据轴承故障相同时等高线图具有相似性以及不同时具有差异性这一特性,采用基于人类视觉感知的Tamura纹理描述方法提取特征参数后输入到多分类支持向量机(support vector machines, SVM)中进行分类。结果表明：高阶谱结合Tamura纹理特征的滚动轴承故障诊断方法在较少特征参数下故障识别准确率能达到较高的精度,对于故障尺寸不同的混合振动信号识别准确率稳定,诊断效果良好。     

二维函数光子晶体不同函数形式对带隙结构的调控

用平面波展开法研究二维函数光子晶体介质柱介电常数不同的线性函数形式对横电(TE)波和横磁(TM)波带结构的影响. 数值计算结果表明: 二维函数光子晶体比二维常规光子晶体的带隙更宽; 通过变换介质柱介电常数不同的线性函数形式可使二维函数光子晶体的带隙个数、位置和宽度均发生变化, 从而实现对二维函数光子晶体带隙的调节.     

介质覆盖导体柱散射特性分析

应用有限元-边界元耦合法计算任意截面形状二维介质覆盖导体柱的雷达散射截面，对介质柱内、外区域分别应用有限元和边界元法进行分析，然后通过场的连续性进行耦合，形成待求矩阵方程，最后应用内观法结合多波前法求解该方程．作为算例，分别计算了无限长介质覆盖导体方柱和圆柱在平面电磁波照射下的雷达散射截面，结果与有关文献一致，在此基础上计算了两层介质覆盖导体方柱和圆柱的雷达散射截面．结果表明，由于使用了内观法结合多波前法求解非对称稀疏矩阵，大大减少了计算时间．     

碳管阵列有效介电常数的数值模拟

引入平均场方法,计算单根碳管的有效介电常数.然后用On-shell方法计算由碳管组成的二维光子晶体的有效介电常数,与Maxwell-Garnett(MG)方法计算出的结果比较,前者更接近实验数据.     

基于介质圆柱结构的复式二维光子晶体禁带研究

为提高二维光子晶体禁带带宽或产生完全禁带, 利用平面波展开法对二维正方排列介质圆柱和三角排列介质圆柱结构以及改变其晶胞形成的复式结构进行了禁带研究。研究结果表明, 对于介质柱结构, 实现禁带中心频率低频化的方式有两种, 即增大介质柱半径和增加介质柱折射率。当采用复式结构时, 一般可形成较大的TM(Transverse Magnetic)禁带, 同时为TE(Transverse Electric)禁带和完全禁带的形成提供了可能。通过改变晶胞结构, 破坏结构对称性是实现完全禁带的一种可行方法。     

高阶基函数在二维散射问题中的应用

以3阶为例讨论高阶基函数矩量法,将3阶基函数应用到二维理想导体散射问题的6个积分方程中,分析了计算误差。在电大导体散射问题中,讨论了该方法的计算误差与未知量个数之间的关系,并与传统的脉冲基和三角基方法进行了比较。数值计算结果表明,高阶基函数矩量法具有更高的精度和收敛速度,在精度相同的情况下,比传统的低阶方法具有更高的效率。