Runge-Kutta方法求解结构动力学方程

将几种具有不同稳定性的Runge-Kutta方法应用到结构动力学方程的数值求解中。针对增量形式的动力学方程,使用改进的Newton-Raphson迭代,研究了减少计算量的两种方法：（1）使用单对角隐式Runge-Kutta方法,（2）应用转化矩阵。采用逼近算子的谱半径分析了稳定性与数值阻尼特性,解释了L-稳定方法抑制高频振荡的原因。数值算例表明在精确解上较小的物理阻尼能有效的抑制高频振荡,但对各种直接积分方法的影响很小,高精度的L-稳定Runge-Kutta方法能在有效抑制高频振荡的同时高精度的求解低频振动。

Abstract：

Several Runge-Kutta methods with the different stability were applied to solve the equations of motion in structural dynamics. For incremental dynamical equations,using the modified Newton-Raphson iteration,two methods to reduce the amount of work were proposed. The first one is the singly diagonally implicit Runge-Kutta methods,and the second one is to apply the transform matrix. Using the spectral radii of approximation operators,the stability analysis and the numerical damping property were studied,and the reason why the L-stability methods could wipe out the high oscillations was explained. Numerical example was solved by several direct integration methods,the result show that the small physical damping can wipe out high oscillations effectively on exact solution,but it has little effect on numerical solution,and the high order L-stability Runge-Kutta methods can wipe out the high oscillation effectively,at the same time,solve the vibration of low frequencies with high accuracy.     

带阻尼项欧拉方程组解的爆破

在假设某些初始数据较大的条件下,研究理想气体的带阻尼项的可压缩欧拉方程组。通过构造适当的泛函,得到了其Cauchy问题的经典解在有限时间内必定爆破的结论。     

一类二阶非线性差分方程组的动力学

研究了二阶非线性差分方程组xn+1=(2yn-1+yn/yn+1) yn+1=(2xn-1+xn/xn-1),x-1,x0,y-1,y0∈(0,+∞)的动力学性质,包括有界性、周期性、局部渐近稳定性和振荡性.     

船与桥墩相撞后的二维流体动力学数值模拟研究

将不可压缩Navier-Stokes方程与浸入边界法相结合, 研究在流体中平面运动的物体(船)绕另一个静止物体(桥墩)的二维运动过程, 分析船所受到的流体阻力、升力以及受流体作用后船的运动轨迹。结果表明在船绕着桥墩运动的初期, 升力和阻力曲线出现有限振幅的起伏现象, 不久, 船的升力和阻力系数逐渐趋向稳定, 做周期性小幅振荡。船的顺时针方向角速度受水流作用逐渐变小, 然后变为逆时针方向。最后船的尾部远离桥墩, 表明不会与桥墩二次碰撞。船的运行轨迹与实船实验的结果非常接近。     

单位圆内非齐次线性微分方程的振荡解

研究了单位圆内高阶非齐次线性微分方程的振荡解,得到了方程f(k)+ak-1f(k-1)+…+a0f=F(a0,a1,…,ak-1,和F是单位圆内的亚纯函数)具有1个振荡解空间,其空间中所有解的零点收敛指数为∞,至多除去1个例外值.     

方程f″+Af'+Bf=0的解在角域内的增长性及Borel方向

运用角域内值分布的理论和方法,研究了整系数2阶线性微分方程f”+Af’+Bf=0的解在角域内的增长性和Borel方向.在给定条件下,证明了方程的每一非零解在含有B的λ(λ＞0)级Borel方向的任意角域内的增长级均为无穷,且B的λ级Borel方向与解的无穷级Borel方向一致.     

三维水声传播建模及并行算法研究

宽带声传播、匹配场定位、水下环境仿真等技术的发展对水声传播提出了越来越高的要求,如何开发快速准确并与实际海洋环境条件相吻合的三维声传播模型,并充分利用现代计算机技术实现声传播的快速计算已成为水声技术的一个重要研究方向。基于波束位移射线简正波(BDRM)理论,将射线-简正波方法和简正波-抛物方程方法结合起来,建立三维射线-简正波-抛物方程模型,同时为满足三维声场计算的时间需求,设计了射线-简正波-抛物方程模型并行算法,在高性能集群系统上的测试分析结果表明,设计的并行算法具有较高的并行计算效率。     

科学计算软件在线性代数课程中的应用

运用Matlab编程实现了含一个参数的恰定非齐次线性方程组有解的判定,该程序比较智能,用户只需要根据提示输入线性方程组的系数矩阵和常数项向量,进行少量的选择就能得到方程组有解的判定.文中例子体现了软件编程在大学数学基础课程上的应用,这些应用可以提高学生学习基础课程的兴趣,能加强学生使用软件编程的能力.     

Burgers方程的非协调特征有限元方法

给出了二维Burgers方程一个Crouzeix-Raviart型非协调特征有限元格式, 利用有限元空间的特性, 在不使用传统的投影算子的情况下, 得到了H1模的最优误差估计及其超逼近性质, 并通过构造插值后处理算子得到了超收敛结果。     

求解一类非线性方程组的Newton-PLHSS方法

基于倾向一侧的对称／反对称分裂(LHSS)迭代方法,提出了一类求解Jacobi矩阵在解x*处为大型稀疏非埃尔米特矩阵的非线性方程组的Newton PLHSS方法,给出了这类不精确牛顿法的两种局部收敛性定理。数值结果验证了该方法的正确性和有效性。