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隐式Newmark法分析波动问题精度的探讨 被引量:9
1
作者 方秦 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第1期45-53,共9页
本文研究了用平均加速度的Newmark积分格式求解一维平面弹性波动问题的精度。由于平均加速度的Newmark积分格式没有振幅衰减、不产生数值阻尼,因此采用此法分析波动问题会产生较强的“高频振荡”,尤其是加速度的计算值误差甚大。本文对... 本文研究了用平均加速度的Newmark积分格式求解一维平面弹性波动问题的精度。由于平均加速度的Newmark积分格式没有振幅衰减、不产生数值阻尼,因此采用此法分析波动问题会产生较强的“高频振荡”,尤其是加速度的计算值误差甚大。本文对防护工程中常见的平台型荷载和升压三角形荷载作用下的波动问题,应用有限元分析的实例表明:采用有数值阻尼的Newmark积分格式是改进有限元求解波动问题的一个有效方法,可以大大地提高应力和加速度求解精度。文中推荐的有数值阻尼Newmark积分格式的积分参数(δ=0.9,β=0.49)可供工程中土与结构动力分析时参考使用。 展开更多
关键词 有限元法 应力波 NEWMARK法
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有阻尼动力方程显式积分方法的精度研究 被引量:9
2
作者 王进廷 张楚汉 金峰 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期1-5,共5页
在动力问题分析中,一种好的显式积分方法不仅要具有良好的稳定性,而且还要具有良好的计算精度。对几种有阻尼动力方程显式积分方法的精度问题进行了分析,研究了各自的局部截断误差、数值阻尼比和相对周期误差。这一研究将有助于更加全... 在动力问题分析中,一种好的显式积分方法不仅要具有良好的稳定性,而且还要具有良好的计算精度。对几种有阻尼动力方程显式积分方法的精度问题进行了分析,研究了各自的局部截断误差、数值阻尼比和相对周期误差。这一研究将有助于更加全面地了解这些积分格式的性能。 展开更多
关键词 结构动力学 动力方程 显式积分 计算精度 数值阻尼 周期误差
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Runge-Kutta方法求解结构动力学方程 被引量:8
3
作者 吴志桥 高普云 任钧国 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2085-2090,2105,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 结构动力学方程 RUNGE-KUTTA方法 数值阻尼 L-稳定性
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三维对流问题的拟协调六面体单元解法 被引量:5
4
作者 吴时强 丁道扬 刘金培 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第6期676-685,共10页
寻找一种高精度的空间单元插值模式是数值求解三维对流问题的关键.在前人研究的基础上,探讨了一种任意空间六面体的拟协调单元,保证节点上的物理量函数及其一阶导数连续.算例表明,该方法具有良好的计算稳定性和低数值阻尼的优点,... 寻找一种高精度的空间单元插值模式是数值求解三维对流问题的关键.在前人研究的基础上,探讨了一种任意空间六面体的拟协调单元,保证节点上的物理量函数及其一阶导数连续.算例表明,该方法具有良好的计算稳定性和低数值阻尼的优点,且计算工作量大大小于协调单元法,有利于推广应用于对流扩散方程的数值求解. 展开更多
关键词 三维对流问题 拟协调单元 数值稳定性 数值阻尼 数值计算 水力学 六面体
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一种数值阻尼耗散可控的结构动力方程积分方法
5
作者 刘伟 童小龙 金蓉 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第7期922-935,共14页
数值耗散是数值积分方法的重要特性,直接影响数值仿真结果的准确性.对于含有虚假高频振动的动力系统,数值耗散能够改善数值仿真结果,但是对于具有真实高频振动的动力系统,数值耗散则会导致计算结果失真.该研究针对结构动力系统的求解,... 数值耗散是数值积分方法的重要特性,直接影响数值仿真结果的准确性.对于含有虚假高频振动的动力系统,数值耗散能够改善数值仿真结果,但是对于具有真实高频振动的动力系统,数值耗散则会导致计算结果失真.该研究针对结构动力系统的求解,提出了一种数值耗散可控的两子步隐式数值积分方法.基于理论推导,详细介绍了新积分方法的谱半径、稳定性、振幅衰减和周期延长等数值特性.新隐式积分方法通过算法参数α能够对高频虚假振动数值耗散完全可控,相应的耗散比例为1-α,其中-1≤α≤1.通过单自由度动力系统、高频虚假振动系统和多自由度非线性弹簧质量系统三个典型算例,分别证明了新隐式积分方法在计算精确性、高频数值耗散和非线性求解能力方面的优越性. 展开更多
关键词 结构动力方程 隐式积分方法 数值阻尼 放大矩阵 谱半径
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非连续变形分析方法中的阻尼问题研究 被引量:4
6
作者 付晓东 盛谦 张勇慧 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期2057-2062,共6页
定量研究了非连续变形分析(DDA)方法中的黏性阻尼与数值阻尼。首先,基于Newmark直接积分法,推导了块体系统的运动方程。其次,通过动力学中的黏性阻尼理论建立了DDA中动力系数、时间步长与黏性阻尼比的关系式,探讨了DDA中的常加速度积分... 定量研究了非连续变形分析(DDA)方法中的黏性阻尼与数值阻尼。首先,基于Newmark直接积分法,推导了块体系统的运动方程。其次,通过动力学中的黏性阻尼理论建立了DDA中动力系数、时间步长与黏性阻尼比的关系式,探讨了DDA中的常加速度积分方案的数值阻尼分区及阻尼比计算方法,进而得到两种阻尼共同作用时的阻尼比表达式,并分析了频域内阻尼比的分布情况。最后,以谐振激励下的块体振动为例,通过对比不同阻尼作用下块体位移的DDA计算值与理论解,验证了本文提出的阻尼比计算公式的正确性。研究表明:黏性阻尼对低频的衰减作用明显,数值阻尼则可以很快地消除高频干扰,而二者共同作用下可降低阻尼的频率相关性。该研究成果为DDA的振动、波动等动力计算的阻尼取值提供了理论依据。 展开更多
关键词 非连续变形分析(DDA) 阻尼问题 NEWMARK法 黏性阻尼 数值阻尼
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应用协调单元计算三维对流问题 被引量:2
7
作者 丁道扬 吴时强 刘金培 《水利水运科学研究》 CSCD 1997年第2期114-124,共11页
在数值求解三维对流问题时,关键是要寻找一种高精度的空间单元插值模式,使之既要保证解的稳定性,又要防止产生过大的数值伪扩散,因而成为数值求解的主要困难之一。文中探讨的任意空间六面体协调单元,能保证单元节点上的函数,一阶... 在数值求解三维对流问题时,关键是要寻找一种高精度的空间单元插值模式,使之既要保证解的稳定性,又要防止产生过大的数值伪扩散,因而成为数值求解的主要困难之一。文中探讨的任意空间六面体协调单元,能保证单元节点上的函数,一阶导数及其二、三阶混合导数是连续的。其例表明,本文提出的空间协调单元数值计算方法,具有同时满足稳定性好和数值伪扩散低的优点,不但较常用的非协调单元线性插值方法,而且比拟协调单元插值方法,均有效地提高了三维对流数值求解的精度。 展开更多
关键词 协调单元 数值计算 三维对流问题
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绝对节点坐标方法的模型降噪研究
8
作者 张志刚 周翔 +2 位作者 毛红生 王胜永 宋慧涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第11期139-146,169,共9页
绝对节点坐标方法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)已成功应用于大变形柔性多体系统动力学问题的建模与仿真分析,但由于节点参数多且自身包含复杂高阶模态,其系统动力学方程的刚性问题突出。目前广泛采用的隐式算法的核心... 绝对节点坐标方法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)已成功应用于大变形柔性多体系统动力学问题的建模与仿真分析,但由于节点参数多且自身包含复杂高阶模态,其系统动力学方程的刚性问题突出。目前广泛采用的隐式算法的核心步骤是通过数值阻尼滤除高频响应,但求解效率仍难以令人满意。基于在建模中滤除高频分量的思想,用一小段时间区间内的平均应力代替弹性力虚功率中的瞬时应力,推导了包含附加惯性项和附加阻尼项的绝对节点坐标单元模型降噪列式。通过调整平均应力所在时间区间长度参数即可消除系统方程的过高频率,使常规显式算法也能应用于传统刚性问题的仿真求解。数值算例表明采用绝对节点坐标单元模型降噪列式可极大降低数值仿真求解难度,在保证计算精度的同时计算效率得到大幅提升。 展开更多
关键词 绝对节点坐标方法(ANCF) 高频 刚性问题 数值阻尼 弹性力虚功率
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空气动力分析中动网格技术的数值阻尼
9
作者 赵张峰 邓洪洲 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期860-865,共6页
利用FLUENT进行空气动力分析,并采用常加速度Newmark法计算物体运动参数时,动网格宏模块由于数据传递方式的限制,修改了常加速度Newmark法的原有算法,动网格宏模块的软件算法其有效性存在质疑。针对以上问题,首先给出数值算例以显示软... 利用FLUENT进行空气动力分析,并采用常加速度Newmark法计算物体运动参数时,动网格宏模块由于数据传递方式的限制,修改了常加速度Newmark法的原有算法,动网格宏模块的软件算法其有效性存在质疑。针对以上问题,首先给出数值算例以显示软件算法的缺陷特征,提出软件算法会引入数值阻尼的假定,而后通过数学手段证明数值阻尼的存在,并给出数值阻尼的理论计算公式。之后,给出算例,得出算例的数值阻尼,并利用数值阻尼修正软件算法,同时验证理论公式的有效性。最后给出文章理论的工程应用。 展开更多
关键词 FLUENT 动网格 NEWMARK法 数值阻尼
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限制水域船体水动力计算分析与自由面数值阻尼的应用
10
作者 王伟飞 彭亚康 +2 位作者 濮骏 赵晓斌 杨震峰 《船舶》 2019年第6期116-122,共7页
当预报船体在狭窄航道或运河等限制水域运动时,需要考虑池壁效应对运动的影响。通过引入自由面池壁格林函数来考虑池壁效应,并通过切比雪夫多项式对其进行逼近,完成了自由面池壁格林函数的高效和高精度计算。文章通过算例与商业软件进... 当预报船体在狭窄航道或运河等限制水域运动时,需要考虑池壁效应对运动的影响。通过引入自由面池壁格林函数来考虑池壁效应,并通过切比雪夫多项式对其进行逼近,完成了自由面池壁格林函数的高效和高精度计算。文章通过算例与商业软件进行对比,并给出结果。为解决计算过程中存在的自由面的数值共振问题,通过在自由面施加人工数值阻尼,以保证浮体运动和自由面升高计算结果更符合实际情况。 展开更多
关键词 限制水域 池壁格林函数 数值阻尼 切比雪夫逼近
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单步无条件稳定显式结构动力学算法
11
作者 李常青 李正藩 蒋丽忠 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1136-1145,共10页
在结构动力学分析中,数值积分方法通常被用来高效和准确地求解复杂结构系统在动态负载下的响应。基于量纲分析的原理,提出一种求解结构动力学问题的单步无条件稳定显式算法。首先对所构造的关于位移和速度的函数关系式进行无量纲化处理... 在结构动力学分析中,数值积分方法通常被用来高效和准确地求解复杂结构系统在动态负载下的响应。基于量纲分析的原理,提出一种求解结构动力学问题的单步无条件稳定显式算法。首先对所构造的关于位移和速度的函数关系式进行无量纲化处理,然后通过算法精度要求、无条件稳定条件和数值阻尼可控条件确定了其最终递推格式,并根据算法最终递推格式分析得出算法耗散与弥散特性、超调和自启动特性和多自由度系统计算步骤,最后通过数值算例验证了算法的收敛精度、可控数值阻尼和计算效率优势。研究结果表明:对于线性和非线性系统,该算法都兼具显式算法的非迭代特性和隐式算法的无条件稳定特性;该算法能实现真正意义上的自启动并且在速度和位移上均无超调;该算法的数值阻尼由单自由参数控制,数值耗散和弥散对系统低模态响应的影响可以忽略不计,与具有代表性的非迭代显式算法KR-α法相比,该算法在引入数值阻尼滤除虚假高频模态的同时更真实地保留了低阶振型的贡献,从而表现出更好的计算精度;该算法在求解非线性结构动力学问题时相较于常用隐式算法有着显著的计算效率优势,并略优于两求解器非迭代显式算法KR-α法。研究结果很有希望成为求解非线性结构动力学问题的最新且更加有效的显式算法。 展开更多
关键词 显式算法 非迭代算法 无条件稳定 可控数值阻尼 结构动力计算
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单步无条件稳定结构动力求解隐式算法 被引量:1
12
作者 李常青 钟志强 +1 位作者 蒋丽忠 聂磊鑫 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3026-3038,共13页
基于量纲分析的思想,提出一种用于求解结构动力问题的单步无条件稳定隐式算法。该算法首先构造位移和速度关于质量、刚度、阻尼等变量的函数关系,然后对方程进行无量纲化处理,引入无量纲系数,最后化简得到位移和速度的递推格式。该算法... 基于量纲分析的思想,提出一种用于求解结构动力问题的单步无条件稳定隐式算法。该算法首先构造位移和速度关于质量、刚度、阻尼等变量的函数关系,然后对方程进行无量纲化处理,引入无量纲系数,最后化简得到位移和速度的递推格式。该算法在位移和速度递推格式中不包括加速度项,但能提供2阶精度加速度输出,从而实现真正的自启动。理论分析表明算法具有无条件稳定、2阶精度、可控数值阻尼和无超调特性。分别以单自由度结构和多自由度结构为对象,考虑不同的阻尼条件,对比分析各种算法的数值特性。研究结果表明:通过对算法中的自由参数进行设计,该算法可等价于Newmark平均加速度法,实现零振幅衰减和较低的周期延长,同时与Houbolt法和Wilson-θ法相比,具有更优的频谱特性,能得到更精确的计算结果;与Generalized-α法相比,该算法在有阻尼的情况下,位移、速度和加速度均有2阶精度,同时具有更低的计算误差。通过引入数值阻尼,该算法能更加有效地滤除高频响应分量,更大程度地保留低频响应的贡献,提供更好的计算精度。研究成果可以为结构动力问题的求解提供新方法,为算法的研究提供新思路。 展开更多
关键词 隐式算法 量纲分析 可控数值阻尼 无条件稳定 结构动力计算
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A simple method of depressing numerical dissipation effects during wave simulation within the Euler model 被引量:1
13
作者 Zhe Hu Xiaoying Zhang +3 位作者 Weicheng Cui Fang Wang Xiaowen Li Yan Li 《Acta Oceanologica Sinica》 SCIE CAS CSCD 2020年第1期141-156,共16页
Numerical wave tanks are widely-acknowledged tools in studying waves and wave-structure interactions. They can generate waves under realistic scales and offers more information on the fluid field. However, most numeri... Numerical wave tanks are widely-acknowledged tools in studying waves and wave-structure interactions. They can generate waves under realistic scales and offers more information on the fluid field. However, most numerical wave tanks suffer from issues known as the numerical dissipation and numerical dispersion. The former causes wave energy to be slowly dissipated and the latter shifts wave frequencies during wave propagation. This paper proposes a simple method of depressing numerical dissipation effects on the basis of solving Euler equations using the finite difference method(FDM). The wave propagation solutions are solved analytically taking into account the influence of the damping terms. The main idea of the method is to append a source term to the momentum equation, whose strength is determined by how strong the numerical damping effect is. The method is verified by successfully depressing numerical effects during the simulation of regular linear waves, Stokes waves and irregular waves. By applying the method, wave energy is able to be close to its initial value after long distance of travel. 展开更多
关键词 numerical dissipation numerical wave tank wave simulation numerical damping reduction finite difference method
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孔底岩石动态反应有限元分析方法
14
作者 殷绥域 方建桥 罗持久 《地球科学(中国地质大学学报)》 EI CAS CSCD 北大核心 1993年第1期109-119,共11页
本文针对计算孔底岩石动态反应在计算方法上存在的困难,研究了一种新的有限元分析方法——广义函数变换法,导出了以M_k为核函数下的计算格式,并对其算法的稳定性进行了研究,该方法编程简单,计算量少,对孔底岩石动态反应这类复杂问题的... 本文针对计算孔底岩石动态反应在计算方法上存在的困难,研究了一种新的有限元分析方法——广义函数变换法,导出了以M_k为核函数下的计算格式,并对其算法的稳定性进行了研究,该方法编程简单,计算量少,对孔底岩石动态反应这类复杂问题的分析特别适用,也可作为一般工程结构有限元分析的方法。 展开更多
关键词 孔底 岩石 动态反应 有限元
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土层地震反应的数值模拟 被引量:6
15
作者 丁海平 周正华 《世界地震工程》 CSCD 1998年第3期26-31,共6页
利用上层地震反应分析的一维模型,系统地讨论了波动数值模拟时域算法的基本概念.首先阐明了模拟上层下卧基岩的精确辐射条件与多次透射公式之间的关系,给出了实现精确辐射条件的简化方法;然后将此边界条件与土层有限元运动方程结合... 利用上层地震反应分析的一维模型,系统地讨论了波动数值模拟时域算法的基本概念.首先阐明了模拟上层下卧基岩的精确辐射条件与多次透射公式之间的关系,给出了实现精确辐射条件的简化方法;然后将此边界条件与土层有限元运动方程结合,提出了半无限土层地震反应的一种解耦的有限元算法。本文还进行了这一算法的数值模拟试验,讨论了时域算法较之常用频域算法的优点、复阻尼和粘性阻尼影响的差异以及研究与复阻尼理论对应的时域本构方程的意义。 展开更多
关键词 土层 地震反应 数值模拟 粘性阻尼
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