重心插值配点法求解Volterra积分方程

文章提出了求解Volterra积分方程的一种高精度数值方法：重心插值配点法（包括重心Lagrange插值配点法和重心有理插值配点法）。该方法分为两步：首先对Volterra积分方程采用两种重心插值配点法进行离散，构造出Volterra积分方程的数值求解格式；然后，依次选取第二类Chebyshev节点和等距节点进行数值计算。文章主要研究积分项中含有未知函数的一阶导函数的Volterra积分方程的离散格式构造及数值实现。数值实验结果表明：在使用第二类Chebyshev节点时，用重心Lagrange插值配点法较好；在使用等距节点时，使用重心有理插值配点法较好。     

极坐标系下弹性问题的重心插值配点法

针对岩土工程中的孔洞及曲梁问题,提出一种在极坐标系下求解二维弹性问题的重心插值配点法.该方法分别在r和θ方向分别布置m和n个节点,生成求解区域上的节点.以一维重心Lagrange插值的张量积插值形式近似二维弹性问题的位移函数,代入位移表达的平衡方程和边界条件,平衡方程和边界条件分别在所有的计算节点和边界节点上精确成立,得到极坐标下弹性力学平衡方程和边界条件的离散代数表达式.利用一维重心Lagrange插值微分矩阵,将离散的平衡方程和边界条件表达为矩阵形式.利用置换法施加边界条件,求得在计算节点处的位移,进而通过微分矩阵直接求得计算节点处的应力.数值算例表明:极坐标下重心插值配点法具有计算格式简单、程序实施容易和计算精度高的特点.     

插值开平方的优化及实现

将被开方数转换为[0.25,1）范围内进行线性插值计算开平方近似结果;在精度不被劣化情况下,将[0.25,1）区间分为[0.25,0.5）和[0.5,1）两段,分别采用单倍和双倍的间隔构造插值节点,使插值节点数据表减少三分之一;将插值误差纳入节点值,不增加额外运算量使插值绝对误差下降一半。给出了以一次乘法运算、两次加/减法和少量移位操作获得开平方结果的实现方法。     

对流扩散方程最优控制问题的重心插值配点格式

为了讨论对流扩散方程最优控制问题的重心插值配点格式，首先，借助Lagrange乘子法，推导出由状态方程、伴随方程、最优性方程构成的最优性条件.其次，在空间x,y方向均运用重心插值配点格式离散方程组，并给出该配点格式的相容性分析.最后，数值实验验证格式的有效性，与经典有限差分格式比较，重心插值配点格式用较少的节点数就能具有很高的精度.     

求解非线性导热方程的一种高精度离散格式

对于常系数或弱非线性导热方程采用经典的有限容积离散格式就可以获得较高精度的数值解,而对于变系数或强线性导热方程则会产生较大的误差,为获得满意的结果需要加密网格,因此会大量消耗存储空间和运算时间从而增加计算成本.针对上述问题,本文基于微元体平衡法并结合控制容积积分法,由能量守恒定律重新推导了关于节点温度的差分方程,给出了导热方程的高精度离散格式,并推导了各坐标系下差分方程系数的计算公式.通过几个代表性的算例对本文格式进行了考核并与文献中经典离散格式的计算结果进行了对比.数值试验结果表明,无论是非线性还是变截面导热问题,采用本文格式在较少的网格数下均能获得高精度的解.     

基于有限体积法的稳态热传导结构拓扑优化

针对散热结构拓扑优化设计的研究现状,提出一种基于有限体积法的稳态热传导结构的拓扑优化设计,构建两种区域离散策略,即内节点法和外节点法.借助变密度法拓扑优化理论,建立以散热弱度为目标函数的稳态热传导结构的拓扑优化数学模型,研究在第一、二和三类边界条件下的优化问题.算例计算结果表明,基于不同区域离散格式外节点法和内节点的拓扑优化设计均能有效改善结构的散热效果,且能获得良好的拓扑优化构型,对微热源的影响也能识别最佳的散热路径.      

有限元计算中疏密网格间过渡单元的构造

连接密网格与疏网格的过渡单元对有限元计算结果的精度有较大的影响。为了提高有限元计算的精度,对于等参实体单元的网格中变节点数过渡单元,提出了本质上相同的两种修正方法——修改插值函数法和引入虚拟节点法。实现了过渡单元与所连接单元间位移的协调性,并保证了它们之间刚度的匹配性,从而使之能够满足有限元收剑准则。所提出的方法在数值实现上简单易行。计算结果与解析解一致,与ＡＤＩＮＡ法相比,精度有很大的提高。     

波动问题的高精度重心有理插值配点法

提出一种数值求解波动问题的高精度重心有理插值配点法。对于给定的时间和空间上的计算节点,采用重心有理插值近似未知函数,建立未知函数关于时间和空间变量导数的微分矩阵。将未知函数的重心有理插值近似函数代入波动问题的控制方程,得到波动问题方程和定解条件的离散代数方程组。利用微分矩阵的记号,将离散后的代数方程组写成简洁的矩阵形式。通过置换法施加边界条件和初始条件,求解代数方程组,得到波动问题在计算节点处的位移值。数值算例表明,重心有理插值配点法具有计算公式简单、计算节点适应性好、程序实施方便和计算精度高的优点。     

非线性热传导方程的Lagrange插值逼近

利用Legendre-Gauss-Lobatto节点为插值节点,构造Lagrange插值多项式,作为基函数展开问题的数值解,逼近有界杆上的非线性热传导方程Neumann边值问题的正确解。给出算法格式和相应的数值例子,表明所提算法格式的有效性和高精度。所给算法也可用于求解其他非线性问题的Neumann边值问题。     

基于重心插值的多体系统动力学离散变分方法

针对多体系统动力学仿真欧拉—拉格朗日方程的数值求解,基于哈密顿原理和离散变分原理的方法,以平面双连杆为数值算例,使用插值方法和数值积分得到其离散的欧拉—拉格朗日方程,对该离散方程进行求解。离散过程采用重心拉格朗日插值提高算法稳定性,插值节点分别选取等距节点和非均匀节点,其中非均匀节点包括第一类、第二类Chebyshev节点,数值积分采用精度较高的高斯勒让德积分。数值结果表明,该方法在步长较大时相比传统采用的龙格库塔法得到较好的结果,并且具有更高的效率,适用于长时间仿真。     

广义节点无网格法基本原理及其应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法,在阐述这种方法基本原理的同时,针对线弹性力学问题给出了其计算列式.与传统无网格方法相比,这种方法更具有一般性,当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法;可以通过提高广义节点位移插值函数的阶数降低完备基函数的次数,从而可减少支持域内节点的数目并保证计算精度.最后通过一端承受剪力悬臂梁和中间开口无穷板算例分析,论证了这种方法的合理性.     

用于模拟压电复合材料平面问题的边界点法

针对含规则形状夹杂的压电复合材料平面问题,将边界点法和重复相似子域法相结合,实现了一种用于含有大量圆形夹杂的横观各向同性压电复合材料的分析方法,并通过相应的计算模型求得压电复合材料的等效材料性质。数值算例表明该方法具有很高的精度和一定的可行性。由于边界点法具有高精度的特性以及能对所有的内部夹杂边界进行离散,因此,很容易将该文方法扩展应用于分析含任意形状夹杂的压电复合材料。     

用于模拟压电复合材料平面问题的边界点法

针对含规则形状夹杂的压电复合材料平面问题,将边界点法和重复相似子域法相结合,实现了一种用于含有大量圆形夹杂的横观各向同性压电复合材料的分析方法,并通过相应的计算模型求得压电复合材料的等效材料性质。数值算例表明该方法具有很高的精度和一定的可行性。由于边界点法具有高精度的特性以及对所有的内部夹杂边界进行离散,因此很容易将该文方法扩展应用到分析含任意形状夹杂的压电复合材料。     

惠斯通电桥问题的另外两种解法

在已有的非平衡条件下 ,惠斯通电桥的四种方法基础上再提出了解非平衡惠斯通电桥的另外两种方法 ,即 :节点电位法及等效电源法     

Singular and Regular Implementations of the Hybrid Boundary Node Method

The hybrid boundary node method （HdBNM） combines a modified function with the moving least squares approximation to form a boundary-only truly meshless method. This paper describes two implementations of the HdBNM, the singular hybrid boundary node method （ShBNM） and the regular hybrid boundary node method （RhBNM）. The ShBNM and RhBNM were compared with each other, and the parameters that influence their performance were studied in detail. The convergence rates and their applicability to thin structures were also investigated. The ShBNM and RhBNM are found to be very easy to implement and to efficiently obtain numerical solutions to computational mechanics problems.     

折叠网架计算模型分析与试验

对新型空间结构——折叠网架的计算模型进行了详细地分析与探讨．此种结构的基本组成单元为剪式铰,利用有限元中的主从节点技术将这种特殊的三节点梁式杆单元转化为通用的两节点梁单元,从而为能用通用的结构分析程序来计算分析折叠结构开辟了一条新径,最后对折叠网架模型进行了试验分析．从结果中可以看出,理论值与试验值吻合很好．     

基于ANSYS的输电导线找形方法研究

输电导线的初始找形是进行后续各种塔线体系结构动力分析的基础和前提.针对输电导线找形在ANSYS上的实现,本文提出了一种节点滑移法,并将该方法用于实例找形分析中,得到的导线的弧垂值和应力值与它们各自的理论值之间的误差很小,在工程允许范围内,证明了用该方法进行导线找形计算的准确性和可行性.本文提出的节点滑移法与实际架线过程近似,克服了常规方法的一些不足,拓展了导线找形这个课题的研究.     

基于GCN的复杂网络关键节点识别研究

准确识别出网络中的关键节点是复杂网络研究的重要内容之一.现存的关键节点识别方法多数是基于网络结构提出的中心性度量方法,识别准确率低且适用范围具有局限性.因此本文提出了基于图卷积网络的关键节点识别方法,不仅考虑了节点属性,还考虑了网络结构和邻居节点结构.首先,根据网络图例数据提取多维度特征并构建特征向量;其次,将节点特征向量输入到GCN层学习;最后,通过回归损失函数计算出最小损失,识别出关键节点.本文选取传播动力学中的SIR模拟实验和牵制控制实验作为评价方式,在不同类型的真实网络上进行验证.结果表明本文提出的方法在适用范围和准确率方面较其他方法更具优势.     

融合双频段信息的林业无线传感网节点测距算法

无线传感网节点测距技术是基于测距法节点定位的基础,针对林区中单一频段节点测距存在误差大、精确度低的问题,基于接收信号强度(received signal strength indication, RSSI),提出一种融合433 MHz和2.4 GHz双频段信息的节点测距方法。建立引入环境参数预测的林区信号衰减模型,利用高斯滤波修正偶然误差,选择合适的融合参数γ对双频段测距信息进行融合,通过在平均胸径接近、林分密度不同的场地中实验归纳γ的取值规律。实验结果表明,在林分密度600株/hm~2以下的林场中,γ=0.4最优;在林分密度600～1 000株/hm~2之间的林场中,γ=0.5最优,在林分密度1 000株/hm~2以上的林场中,γ=0.6最优。在γ取最优值的情况下,实验表明本文提出的方法测距结果的均方根误差值为1.74,较单一频段的测距误差减小了31.3%,提高了基于RSSI节点测距的精度。     

基于改进移动最小二乘近似的杂交边界点法

针对杂交边界点法中采用移动最小二乘近似时存在的计算量大,易形成病态矩阵的问题,将改进移动最小二乘近似和修正变分原理相结合,提出了基于改进移动最小二乘近似的杂交边界点法.这种方法保留了杂交边界点法的纯无网格法特性,域内未知场函数的计算无需再次沿边界积分等优点,而且不会出现病态方程组,数值计算稳定,计算精度高.数值算例验证了该方法的有效性.