开放域静态电磁场问题数值解的渐近边界条件技术研究

基于电势的多极展开理论, 对开放域静态电磁场问题数值解的渐近边界条件(ABC)技术的近似实质给出了解释, 揭示了传统高阶ABC的缺陷, 提出了建立新型高阶ABC的概念和相应的表达式. 数值例题表明了新型高阶ABC的优点.     

一种模拟弹性波在层状地基中传播的简化高阶双渐近透射边界

在强烈地震作用下,层状地基与结构之间的动力相互作用将对结构的动力响应产生重大影响,其难点是模拟波动在无限层状地基中传播引起的辐射阻尼效应.基于比例边界有限单元法(SBFEM)构建的层状介质标量波高阶双渐近透射边界能够在全频范围内快速收敛到准确解,具有很高的计算精度和计算效率,并且具有良好的数值稳定性.以二维水平等高层状地基为研究对象,将弹性动力学方程强行解耦得到两个独立的标量波方程,基于解耦的标量波方程构建了一种层状地基弹性波传播模拟的简化高阶双渐近透射边界.同标量波高阶双渐近透射边界一样,该透射边界具有良好的计算性能.数值算例结果表明,该透射边界对底部为固定边界条件的水平层状地基具有良好的模拟精度.     

基于修正最大切向应力准则的含中心直裂纹混凝土圆盘断裂行为研究

采用一种含中心直裂纹的混凝土圆盘试件,对其进行准静态径向压缩测试,通过改变中心裂纹倾角和混凝土的配比,得到了不同情况下混凝土试件的裂纹初始扩展角和断裂阻力.基于Ayatollahi等人修正的最大切向应力准则(MMTS),通过联立理论公式求解得到不同配比、不同裂纹形式(II型和I-II混合型)混凝土试件的裂纹初始扩展角和断裂阻力的预测值,并将其与实验值进行了比较分析.其中MMTS准则是同时考虑了裂纹尖端应力场中奇异项和非奇异项(即Williams级数展开项中的T应力、A3和B3阶项,并忽略了更高阶项)的最大切向应力准则,使用超确定有限元法(FEOD)对Williams级数展开项的无量纲参数进行计算,并采用考虑了A3阶项的Schmidt模型计算断裂过程区的大小.研究结果表明,与传统MTS准则、GMTS准则相比,MMTS准则能够更好地预测混凝土试件裂纹初始扩展角和断裂阻力,特别是针对II型载荷占主导地位时的情况.     

随机Gompertz模型解的存在唯一性和全局渐近稳定性

本文考虑随机Gompertz种群竞争模型.证明在有限的时间内,环境的扰动不会导致种群的爆发.另外,本文运用比较准则,Lyapunov方法证明在一定的条件下,随机微分方程解的存在唯一性及全局渐近稳定性.     

具有双控制输入通道高阶不确定非线性系统控制设计

本文研究了一类高阶不确定非线性系统的全局渐近稳定控制设计问题.不同于现有结果,本文所研究的高阶非线性系统具有两个控制输入通道,即控制输入直接作用于两个一维子系统.这导致已有的控制设计方法不能或难以用来解决该类控制设计问题,因此,寻求新的控制设计方法,用以解决多控制输入通道高阶非线性系统的控制设计问题,是一个很有意义的研究课题.本文首先引入一个有效的反馈变换,从而在非线性系统满足适当假设条件下,成功地将该类系统的控制设计问题转化为规范的单控制输入通道情况下的控制设计问题.进而借助于已有结果,特别是增加幂次积分方法,给出所研究非线性系统的全局渐近稳定控制器的设计方法.尽管本文所研究的系统是具有多控制输入通道高阶非线性系统的特殊情况,所得结果具有一定的局限性,但对更一般情况具有借鉴和指导作用.最后,仿真算例验证了本文理论结果的有效性.     

用于混沌同步的非线性观测器的稳定性分析

首先讨论了时间连续驱动混沌同步非线性观测器的线性化误差动力学方程的稳定性,给出了关于观测器渐近稳定性的判别准则.[KG*2]随后通过理论分析和数值仿真发现,在时间离散驱动下,只要满足一定条件,观测器与原系统仍有可能达到同步,而不管在连续驱动时是否有渐近稳定的同步观测器存在. 最后推导出了时间离散驱动时混沌同步非线性观测器的渐近稳定性的判别准则,仿真实验结果验证了该准则的正确性.     

多维虚内键模型(VMIB)及其在岩体数值模拟中的应用

多维虚内键模型(VMIB, virtual multi-dimensional internal bonds)是在虚内键(VIB, virtual internal bond)理论基础上发展起来的一个多尺度力学模型. VIB理论认为固体材料在微观尺度上由随机分布的材料微粒(material particle)组成, 微粒之间由单一法向键连结; 而VMIB模型则在原VIB模型单一法向键基础上又引入了切向键用以约束微粒点对之间的相对转动自由度. 材料的宏观本构方程则由两种虚内键的刚度系数导出, 并在理论上证明了微观两种虚内键的刚度系数与宏观材料常数之间存在一一对应关系, 表明了在VMIB模型中增加切向键的充分性和必要性. 由于材料的断裂准则直接嵌入到本构方程中, 这使得VIB和VMIB模型在模拟材料断裂破坏方面有着较大的优越性. 岩体由于受到分布裂纹的切割作用, 宏观上表现为各向异性力学特征. 在岩体损伤模型中, 岩体裂纹的分布特征通常由损伤张量描述. 岩体在某一方向上的相对刚度大小决定于该方向上损伤值的大小. 在VMIB模型中, 微观虚内键的空间分布密度决定着材料宏观各方向上相对刚度的大小, 这与岩体损伤对岩体力学性能的影响是一致的. 文中在损伤张量与虚内键分布密度之间建立了定量关系, 将岩体等效为VMIB固体. 理论与试验结果表明, 这种等效的VMIB固体可以再现分布裂纹对岩体力学性能的影响, 这为进一步应用VMIB模型对岩体破坏行为进行数值模拟奠定了基础, 同时也为其他多裂纹体的数值计算提供一种新思路.     

“国家若干重大项目建设技术科学问题研讨”技术科学论坛

中国科学院技术科学部和信息技术科学部于8月24日在北京主办了“国家若干重大项目建设技术科学问题研讨”技术科学论坛．国家信息化建设、铁路交通、航空运输、电网建设、先进制造、计算技术、航天技术和水利工程等方面的专家和信息学部、技术学部的有关院士参加了此次盛会．中国工程院院士郑南宁等9位专家结合我国中长期科学和技术发展规划的若干重大专项以及当今世界科学与技术的发展趋势和规律作了专题报告，     

中国科学院1998年基础研究成果回顾

本文简要介绍了中国科学院１９９８年在数学,天文学,力学,物理,化学和生物基础研究方面取得的重要成果或阶段性进展以及１９９８年院自然科学奖评奖效果。     

混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.     

一种新型双弹簧、双活塞本构模型在聚合物黏弹性质描述中的应用研究

推导了双弹簧、双活塞黏弹性力学模型的本构方程.在CETR UMT-2型试验机及LKDM-2000轮廓摩擦磨损仪上考察了尼龙PA66、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛和聚醚型聚氨酯等材料的静态蠕变特性、松弛特性.分别利用标准线性固体模型和新型本构模型对实验材料的蠕变、松弛特性进行了表征.实验事实及理论计算结果表明,相对于标准线性固体模型而言,该力学模型能更好地反映聚合物材料的蠕变、松弛等黏弹性质.     

固体火箭发动机点火瞬间流固耦合综述

流固耦合是流体力学与固体力学交叉而产生的一门新兴力学分支，它主要研究固体在流场作用下的各种力学行为以及固体变形或运动与流场的相互作用规律．20世纪90年代，美国“大力神4”助推发动机首发试验失败后，固体火箭发动机点火过程中的流固耦合现象逐渐被研究人员所认识，并在实际应用中迅速发展．本文针对流固耦合在固体火箭发动机上的应用进行了归纳和总结，分别从点火燃气流动、药柱变形和实验研究三个方面综述了国内外的发展现状与趋势．以此为基础，初步探讨了我国开展固体发动机点火瞬间流固耦合研究的方法，为固体发动机装药设计提供了一定参考．     

田长霖走出"美国梦"

<中华文摘>1998年11月号发表了香港凤凰卫视台著名节目主持人杨澜对中国科学院外籍院士、原美国加州大学伯克利分校校长田长霖教授的专访,现转载报道如下.     

基于恒模特性的单通道时频重叠信号盲分离算法

针对单通道同调制方式、同调制参数时频重叠信号的盲分离问题,基于MSK信号的恒模特性,及对MSK混合信号分量幅度的准确估计,构建了单通道信号盲分离欠定方程组.为解决该方程组的解模糊问题,根据MSK信号相位连续特性,提出了相位方差最小模糊解消除准则.但相位对噪声较为敏感,该准则可能会产生严重的误判现象,又提出了一种基于最小斜率的补充准则.基于以上两种模糊解消除准则,可对单通道信号盲分离欠定方程组的模糊解进行合理选择,有效地实现了MSK时频重叠信号的单通道盲分离.仿真结果表明:在信噪比大于5 dB的条件下,该算法对混合信号具有较好的分离效果.并且该算法具有复杂度低、计算量小的优点.     

深层油气藏水力压裂裂缝扩展数值模拟

深层油气藏水力压裂过程中的岩石变形,不仅要考虑弹性变形还要考虑塑性变形的问题,以往的裂缝扩展数值模拟都没有考虑塑性变形.文章基于Drucker-Prager屈服准则和相关联的流动法则建立了弹塑性水力裂缝扩展的数学模型.模型使用润滑理论描述裂缝内流体流动,耦合岩体变形,采用内聚力模型对裂缝扩展过程进行描述.基于有限元方法编制了数值求解器,通过与经典模型计算结果比较,验证了数学模型和算法的正确性.研究结果表明:相比于弹性水力裂缝,在流体注入量相同时,弹塑性水力裂缝长度短,裂缝宽度大,扩展时需要更高的流体压力.由于塑性应变的存在,缝内流体返排后,弹塑性水力裂缝不会完全闭合.随着岩石摩擦角的增大,弹塑性水力裂缝的宽度减小,所需流体压力增大.相对于理想弹塑性,硬化岩石介质中的水力裂缝宽度较小,所需流体压力较大.     

一种桁架结构全局拓扑优化方法

对于应力约束下的桁架拓扑优化存在的奇异最优解问题,结合子集模拟分层技术提出一种可以有效求得奇异最优解的新桁架结构全局拓扑优化方法.通过样本点的合理性判断和Metropolis-Hasting准则,确保了拓扑解的合理性和全局性.算例表明本文提出的方法在处理奇异最优解问题时,可以快速把搜索区域降到退化的低维可行子区域内并以足够的精度收敛于全局最优解.     

前言:祝贺过增元院士85华诞专辑

正过增元先生,生于1936年,工程热物理学家, 1997年当选为中国科学院院士.他在数十年的科研生涯中,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求,适应社会发展和学科建设的需要,不断发展新的研究方向,取得了许多原始创新研究成果,为热学学科的发展做出了杰出贡献.     

非饱和土水力和力学性状耦合的弹塑性模型研究进展

对非饱和土力学的研究现状进行回顾，在总结前人研究成果并结合当前研究趋势的基础上介绍了能耦合模拟非饱和土水力和力学性状的弹塑性模型。该模型综合考虑到了饱和度对应力应变关系和强度以及变形对水力性质的交叉影响。给出了将耦合弹塑性模型应用于非饱和土体固结问题中进行有限元数值计算的公式。     

基于区域分解的有限元分裂外推法

有限元分裂外推是并行计算大型科学和工程问题新技术，大型多维问题经过区域分解被转化为有多个网参数的离散问题。证明了线性及非线性二阶椭圆型偏微分方程和本征问题的有限元近似解的误差关于独立网参数有多变量渐近展开，从而通过并行解若干规模大略相同的小问题，经分裂外推系数组合得到在型问题的全局细网格上高精度近似解。     

空间轴对称塑性问题的统一特征线理论

提出了一种基于统一强度理论的统一空间轴对称特征线场理论. 新理论充分考虑了各种不同材料的中间主应力效应和拉压强度比，可以适用于各种不同的材料. 现有的基于Tresca准则、Mises准则和Mohr-Coulomb理论的特征线场以及Haar-von Karman完全塑性条件和Szczepinski假设的轴对称特征线场均为此理论的特例.[KG*2]此理论还可以构造出一系列适用于不同材料的新的空间轴对称特征线场，系统地形成了空间轴对称塑性问题的特征线场理论.它可以应用于机械、土木和塑性理论等领域中的很多空间轴对称塑性问题. 给出两个计算实例，并与用统一弹塑性有限元程序UEPP的计算和文献中的Mohr-Coulomb理论的实例进行了比较. 结果表明提出的统一特征线场在理论上是可靠的，在实用中是可行的，它的工程应用可以取得相应的经济效益.