带静电斥力弹性杆的Cosserat方程及其数值模拟

根据牛顿动力学定律,导出弹性杆的Cosserat方程,引入欧拉参数将方程组化为方便数值计算的分量表达形式.导出弹性杆的静电斥力的数值表达式,进一步导出带静电斥力的弹性杆的Cosserat方程.最后利用数值方法进行数值模拟.     

DNA超细长弹性杆模型的动力学方程及其稳定性问题

对于DNA超细长弹性杆模型，给出运动和变形的几何关系，建立了动力学方程。在扰动方程基础上，给出了运动稳定性的定义和若干定理，明确了Kirchhoff方程的Lyapunov稳定性的概念以及与平衡稳定性的区别，为进一步研究超细长弹性杆的平衡稳定性奠定基础。     

DNA弹性杆力学分析的保结构算法和图形后处理

基于Kirchhoff动力学比拟技巧，以弹性杆中心线弧长为拟时间变量，建立了DNA弹性杆结构模型。DNA弹性杆的超细长特性要求长时间数值模拟，探讨了利用辛算法对DNA弹性杆模型长时间计算的问题，给出了相应的算法和数值仿真结果。利用Kirchhoff弹性杆模型的比拟技巧，建立了描述DNA弹性杆曲面的微分／积分方程组，给出了曲面方程的数值解法和DNA弹性杆图形后处理的计算实例和分析。     

弹性杆自接触问题数值模拟的一类罚函数方法

弹性杆自接触问题的数值计算的一个困难是弹性杆出现自接触时,拓扑结构发生变化。为了解决此问题,引入静电斥力作为惩罚函数,通过对电荷强度的调节,实现接触的"软着陆",从而较好地解决了弹性杆的穿越和拓扑结构变化带来的困难。通过引入Cosserat方程的四元数表示和弹性杆接触集合的检测方法,完善了计算方法的设计。     

杆系结构的弹性冗余度及其特性分析

摘要：
为区别常规冗余度概念，给出了弹性冗余度定义.鉴于杆系结构的弹性冗余度与几何拓扑及弹性刚度有关，通过对势能方程求解微分，得到结构的平衡方程、物理方程和几何协调方程；将几何协调方程线性化，代入平衡方程和物理方程，得到弹性冗余度的计算公式，并用Matlab编程实现该算法.经典算例揭示了杆系结构的弹性冗余度特性.
关键词：
杆系结构； 冗余度； 弹性冗余度
中图分类号： TU 353
文献标志码： A     

弹性杆Hamilton方程的四元数表示及其辛算法

导出了在静力学条件下弹性杆的形式Hamilton方程,并引入四元数,进一步推导出了用四元数表示的具有辛结构的弹性杆结构方程。用辛Runge-Kutta算法给出了弹性杆的数值模拟。     

锭子弹性支承刚度对其不平衡响应的影响

将锭子分解为锭杆和支承两个子结构，采用传递矩阵法导出锭杆的不平衡响应动力学方程，运用动态子结构方法分析计算了一种双弹性支承纺纱锭子的不平衡响应，作出了用于锭子弹性支承优化设计的锭子的不平衡响应与支承动刚度参数关系曲面。     

弹性细杆静力学的薛定谔粒子波动比拟

研究弹性细杆静力学的薛定谔粒子波动比拟。类似于Kirchhoff动力学比拟,依据弹性细杆曲率平衡微分方程与一维定态非线性薛定谔方程数学形式的相似性,给出两者的动力学比拟关系,称为Schr?dinger粒子波动比拟。基于比拟关系,给出弹性细杆方程的Jacobi椭圆函数解,并画出此解所描述的弹性细杆的空间位形。Schr?dinger粒子波动比拟建立了波函数的量子态与弹性细杆的几何构型的对应关系,给予波函数的量子态直观的几何图像,为弹性细杆方程的求解提供了新的途径。     

NaCl及PEG溶液中DNA的变性行为

采用紫外光谱法研究了无机盐(NaCl)和聚乙二醇(PEG)存在下的拥挤环境对鲑鱼精子DNA变性行为的影响,并利用相关的模型进行计算对比。研究结果表明,盐的加入影响了DNA分子间静电斥力及碱基对间氢键作用,进而影响DNA的变性温度。PEG的拥挤效应及其与DNA的结合效应竞争的结果导致PEG溶液中DNA的变性温度低于单一水溶液中DNA的变性温度,且随着PEG分子量的增加其降低幅度加大。用密度泛函理论对DNA的变性行为进行了理论研究,利用建立的体相DNA变性的反应分子热力学模型,通过自由能极小原理计算DNA变性温度、变性曲线等,获得NaCl和PEG存在下DNA的变性行为,并与实验结果进行对比,理论计算与实验结果吻合良好。     

具有初曲率和初挠率弹性直杆的平衡稳定性

研究端部受力和力矩作用，且存在初曲率和初挠率的非圆截面]弹性直杆的平衡和稳定性问题，描述弹性细杆平衡状态的Kirchhoff方程存在与杆的直线平衡状态相对应的特解，导出判断杆的直线平衡状态稳定性的解析判据，对于圆截面杆的特殊情形，应用一次近似方法和Lyapunov直接方法证明了判断无初挠率直杆稳定性的Greenhil判据也适用于带初挠率直杆的更普遍情形，非圆截面直杆的不稳定区随非对称性的增加而扩大。     

扭矩对三维空间圆截面曲杆弹性屈曲的影响

采用自然坐标系,由Green应变张量的定义,给出了自然坐标形式的三维细长空间曲杆的Green应变计算公式,建立了同时考虑轴向压力和扭矩影响的能量变分方程.采用2节点12个自由度的自然坐标形式的三维空间曲梁单元,采用线性特征值分析方法,研究分析了同时受轴向压力和扭矩作用的具有初始曲率和挠率的三维空间杆柱的屈曲问题.数值结果与存在的理论解极为吻合,验证了公式的正确性.更为引人注意的是:不论直杆还是曲杆,扭矩对它们的弹性屈曲影响不可不计.     

弹性杆具有随机力的Schrdinger方程(英文)

给出了一种用随机分布力来刻画液体分子对DNA分子的作用的模型。得到了随机Schrdinger方程。给出了上述方程的一阶算法,并且给出了数值例子。模拟了DNA分子受到随机力的作用时的中心线形态。     

发展型方程的快速Legendre谱τ逼近

摘要：以发展型模型方程为背景，建立了半离散和全离散的Legendre谱τ格式，并用反向递推法和奇偶分解法建立了Legendre谱τ方法的快速算法，在每一时间层上，其运算量仅为O(N)．运用离散能量法严格证明了全离散格式在时空方向的收敛阶分别为τ^2和N^1-m．数值结果显示了算法的有效性．     

可渗透弹性悬臂梁式薄板横向绕流变形分析

采用相容拉格朗日-欧拉法,求解可渗透弹性悬臂梁式薄板在理想流体横向绕流下的小变形问题。通过具体算例,分析了流速、板的几何尺寸及渗透参数对可渗透弹性悬臂梁式薄板挠度、应力大小的影响。假设弹性薄板的孔很小且均匀分布,不会对其弯曲刚度及外部流场产生影响,忽略小孔所造成的阻力。根据弹性薄壳理论和接触面动力学方程得到可渗透弹性梁式薄板的变形方程。利用线性渗透关系式及质量守恒定律求解薄板的阻滞压力。采用泰勒展开方法得到挠度函数和引起薄板变形的流体势函数待定参数的方程式,解方程求出待定参数,即得到薄板横向绕流发生小变形的挠度,进而可求出应力分量。     

周期多孔结构的Steklov弹性特征值问题的多尺度渐近分析

本文针对周期多孔结构的Steklov弹性特征值问题发展了一种多尺度渐近分析与计算方法,通过对特征函数进行二阶双尺度渐近展开,依次推导得到了一阶单胞函数、材料等效弹性系数、均匀化弹性特征值问题及二阶单胞函数.该多尺度渐近模型的特点是均匀化特征值出现在控制微分方程中而不在孔洞边界上.通过对特征值进行二阶渐近展开并利用校正方程思想,本文得到了特征值的一阶与二阶校正表达式,给出了多尺度特征值的误差估计.最后,基于多尺度渐近展开模型本文进行了有限元计算.数值算例结果显示了多尺度分析在预测Steklov弹性特征值与特征函数的有效性及二阶校正的必要性.     

轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.     

变截面杆弹性过屈曲精确模型及其数值解

基于轴线可伸长弹性杆的几何非线性大变形理论,建立了一端简支另一端固定变截面直杆的过屈曲控制方程,并应用打靶法直接数值求解相应的强非线性边值问题,获得了数值意义上的精确解．     

一类DGH方程的新保结构算法研究

DGH方程作为一类重要的非线性水波方程有着广泛的应用前景.基于哈密顿系统的多辛理论研究了一类DGH方程的数值解法,利用平均向量场方法对此哈密顿系统进行了数值离散,构造了DGH方程的局部能量保结构算法和局部动量保结构算法.数值算例表明,这两种保结构算法具有较好的长时间数值稳定性.