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基于向后差分法求解多体系统动力学微分-代数方程组的双循环隐式积分方法 被引量:12
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作者 张乐 章定国 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期79-87,共9页
在利用坐标缩并方法求解多体系统动力学指标3的微分-代数方程组的过程中,由隐式积分方法进行积分时需要进行迭代求解,采用牛顿法进行迭代时需要利用数值微分求得雅可比矩阵。通过引入固定点迭代以避免用于计算雅可比矩阵的数值微分。非... 在利用坐标缩并方法求解多体系统动力学指标3的微分-代数方程组的过程中,由隐式积分方法进行积分时需要进行迭代求解,采用牛顿法进行迭代时需要利用数值微分求得雅可比矩阵。通过引入固定点迭代以避免用于计算雅可比矩阵的数值微分。非线性代数约束方程组的求解也需要进行迭代,两组迭代一起构成一种双循环的格式。双循环中隐式积分方法的数值精度影响外层循环的迭代次数。将向后差分法引入双循环隐式积分方法中作为积分方法,并针对向后差分法的特点提出新的迭代求解策略,构造一种新的双循环隐式积分方法。这一新的双循环隐式积分方法中外层循环的迭代次数减少,计算效率得到了显著提高。这一方法能够很好地解决指标3的多体系统动力学微分-代数方程组,具有良好的通用性。给出了数值算例。 展开更多
关键词 多体系统动力学 微分-代数方程 向后差分法 迭代 雅可比矩阵
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乙烯分离流程联塔系统的大规模联立动态模拟 被引量:4
2
作者 吴媛媛 陈曦 邵之江 《化工自动化及仪表》 CAS 2007年第4期22-25,共4页
在乙烯生产流程中,以脱丙烷塔与脱丁烷塔的复杂联塔系统作为研究对象,根据机理建立双塔联立的动态数学模型。该联塔数学模型是一个大规模的微分代数混合系统(DAEs),包括了精馏塔、控制器、阀门、泵等多种操作单元和设备。动态模拟实质... 在乙烯生产流程中,以脱丙烷塔与脱丁烷塔的复杂联塔系统作为研究对象,根据机理建立双塔联立的动态数学模型。该联塔数学模型是一个大规模的微分代数混合系统(DAEs),包括了精馏塔、控制器、阀门、泵等多种操作单元和设备。动态模拟实质即为求解这个大规模的DAE系统。文章以动态模拟软件gPROMS为建模工具和模拟环境,通过调用大规模DAE求解算法,模拟联塔的动态操作过程,并与Aspen P lus稳态模拟结果进行了比较和分析。 展开更多
关键词 乙烯分离 动态模拟 微分代数方程系统 gPROMS
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Singular Hopf Bifurcations in DAE Models of Power Systems 被引量:1
3
作者 Wieslaw Marszalek Zdzislaw Trzaska 《Energy and Power Engineering》 2011年第1期1-8,共8页
We investigate an important relationship that exists between the Hopf bifurcation in the singularly perturbed nonlinear power systems and the singularity induced bifurcations (SIBs) in the corresponding different- tia... We investigate an important relationship that exists between the Hopf bifurcation in the singularly perturbed nonlinear power systems and the singularity induced bifurcations (SIBs) in the corresponding different- tial-algebraic equations (DAEs). In a generic case, the SIB phenomenon in a system of DAEs signals Hopf bifurcation in the singularly perturbed systems of ODEs. The analysis is based on the linear matrix pencil theory and polynomials with parameter dependent coefficients. A few numerical examples are included. 展开更多
关键词 Power SYSTEMS Singularly PERTURBED SYSTEMS daes BIFURCATIONS Matrix PENCILS
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关于微分-代数系统的Runge-Kutta迭代方法的研究 被引量:2
4
作者 孙卫 樊晓光 李立 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2005年第6期1070-1074,共5页
为了求解非自制指标-1的微分-代数系统,我们研究基于Runge-Kutta方法的动力学迭代过程,得到相关的非线性微分-代数方程的收敛理论,这类迭代过程具有一般性和灵活性,且沿着时间域网格点可以选取不同的插值函数。
关键词 微分-代数系统 RUNGE-KUTTA方法 动力学迭代
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Bicycle dynamics and its circular solution on a revolution surface 被引量:3
5
作者 Jiaming Xiong Nannan Wang Caishan Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第1期220-233,共14页
In this paper,we study the dynamics of an idealized benchmark bicycle moving on a surface of revolution.We employ symbolic manipulations to derive the contact constraint equations from an ordered process,and apply the... In this paper,we study the dynamics of an idealized benchmark bicycle moving on a surface of revolution.We employ symbolic manipulations to derive the contact constraint equations from an ordered process,and apply the Lagrangian equations of the first type to establish the nonlinear differential algebraic equations(DAEs),leaving nine coupled differential equations,six contact equations,two holonomic constraint equations and four nonholonomic constraint equations.We then present a complete description of hands-free circular motions,in which the time-dependent variables are eliminated through a rotation transformation.We find that the circular motions,similar to those of the bicycle moving on a horizontal surface,nominally fall into four solution families,characterized by four curves varying with the angular speed of the front wheel.Then,we numerically investigate how the topological profiles of these curves change with the parameter of the revolution surface.Furthermore,we directly linearize the nonlinear DAEs,from which a reduced linearized system is obtained by removing the dependent coordinates and counting the symmetries arising from cyclic coordinates.The stability of the circular motion is then analyzed according to the eigenvalues of the Jacobian matrix of the reduced linearized system around the equilibrium position.We find that a stable circular motion exists only if the curvature of the revolution surface is very small and it is limited in small sections of solution families.Finally,based on the numerical simulation of the original nonlinear DAEs system,we show that the stable circular motion is not asymptotically stable. 展开更多
关键词 Bicycle dynamics Nonholonomic constraints Stability Nonlinear daes Circular motion
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ON A REGULARIZATION OF INDEX 2 DIFFERENTIAL-ALGEBRAIC EQUATIONS WITH PROPERLY STATED LEADING TERM
6
作者 刘红 宋永忠 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2011年第2期383-398,共16页
In this article, linear regular index 2 DAEs A(t)[D(t)x(t)]' + B(t)x(t) = q(t) are considered. Using a decoupling technique, initial condition and boundary condition are properly formulated. Regular inde... In this article, linear regular index 2 DAEs A(t)[D(t)x(t)]' + B(t)x(t) = q(t) are considered. Using a decoupling technique, initial condition and boundary condition are properly formulated. Regular index 1 DAEs are obtained by a regularization method. We study the behavior of the solution of the regularization system via asymptotic expansions. The error analysis between the solutions of the DAEs and its regularization system is given. 展开更多
关键词 Differential-algebraic equations daes properly stated leading term in-dex REGULARIZATION
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高温气冷堆核电站的一种仿真方法
7
作者 陈杨 游江洪 +2 位作者 邵之江 钱积新 史旭华 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期110-114,共5页
高温气冷堆核电站集总参数模型为大规模微分代数混合方程组(DAEs),该DAEs具有刚性特征,因此模型存在求解上的困难。研究给出了一种能够有效求解高温气冷堆核电站集总参数模型的数值方法。首先分析了核电站模型的特点;针对该特点,可采用... 高温气冷堆核电站集总参数模型为大规模微分代数混合方程组(DAEs),该DAEs具有刚性特征,因此模型存在求解上的困难。研究给出了一种能够有效求解高温气冷堆核电站集总参数模型的数值方法。首先分析了核电站模型的特点;针对该特点,可采用基于Radau配置点的有限元正交配置法对模型进行离散,然后调用IPOPT求解器求解离散后的大规模非线性规划问题;最后采用该求解策略对高温气冷堆核电站模型进行仿真验证,仿真结果表明了算法的准确性与高效。 展开更多
关键词 高温气冷堆核电站 daes 有限元正交配置法 仿真
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MULTISTEP DISCRETIZATION OF INDEX 3 DAES
8
作者 Yang Cao Qing-yang Li (Department of Mathematics, Tsinghua University, Beijing 100084, China) 《Journal of Computational Mathematics》 SCIE EI CSCD 2000年第3期325-336,共12页
Studies the different types of multistep discretization of index 3 differential-algebraic equations in Hessenberg form. Existense, uniqueness and influence of perturbations; Local convergence of multistep discretizati... Studies the different types of multistep discretization of index 3 differential-algebraic equations in Hessenberg form. Existense, uniqueness and influence of perturbations; Local convergence of multistep discretization; Details on the numerical tests. 展开更多
关键词 multistep methods Adams method BDF daes Index 3
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约束多体系统独立广义坐标的数值选取 被引量:1
9
作者 齐朝晖 王坤 唐立民 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第4期394-397,共4页
多体系统的完整约束定义了一个嵌入到欧氏空间的微分流型 ,多体系统独立的广义坐标选取问题等价于该流型的坐标选取问题。据此 ,本文提出了一种新的独立广义坐标数值选取理论 ,可将多体系统的微分 -代数混合型运动方程转化为较易求解的... 多体系统的完整约束定义了一个嵌入到欧氏空间的微分流型 ,多体系统独立的广义坐标选取问题等价于该流型的坐标选取问题。据此 ,本文提出了一种新的独立广义坐标数值选取理论 ,可将多体系统的微分 -代数混合型运动方程转化为较易求解的纯微分方程 ,并且不以求解非线性方程组作为必须的手段。 展开更多
关键词 多体系统 广义坐标 微分代数混合方程 完整约束
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约束机械系统自动建模公式化矩阵组装方法
10
作者 熊会元 周凡利 姚建初 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第9期90-92,共3页
针对约束机械系统的运动方程组系数矩阵的组装 ,推导出适合于计算机自动建模所有矩阵组装公式 ,提出了分块贡献法 ,并将其转化为算法 。
关键词 约束机械系统 动力学 微分-代数方程 矩阵组装
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开放式多体系统动力学仿真算法软件研发(Ⅱ)DAEs求解算法对比 被引量:10
11
作者 阚子云 彭海军 +1 位作者 陈飙松 钟万勰 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期707-715,721,共10页
研究求解微分-代数方程组(DAEs)的高效率、高精度和高稳定性数值积分方法一直是多体系统动力学领域的热点问题之一。本文将求解结构动力学方程的Bathe数值积分策略应用于DAEs的求解,并基于SiPESC平台开发了开放式多体系统动力学仿真算... 研究求解微分-代数方程组(DAEs)的高效率、高精度和高稳定性数值积分方法一直是多体系统动力学领域的热点问题之一。本文将求解结构动力学方程的Bathe数值积分策略应用于DAEs的求解,并基于SiPESC平台开发了开放式多体系统动力学仿真算法软件,综合比较研究了Newmark法、HHT-I3法、Generalizedα方法、Bathe方法和祖冲之类Symplectic方法。通过复摆、刚-柔耦合双摆和对称陀螺三个数值算例研究了算法参数与数值阻尼的关系。数值实验表明,Newmark方法在特定参数下引入的数值阻尼通常不可控,HHT-I3方法、Generalizedα方法和Bathe方法通过选择特定步长和参数可引入可控的数值阻尼,祖冲之类Symplectic方法无数值阻尼。在求解真实高频和低频耦合问题以及高速旋转的陀螺问题时,采用祖冲之类Symplectic方法或者无耗散的Newmar方法能够对系统的高频成分进行准确模拟。 展开更多
关键词 多体动力学 微分-代数方程组(daes) 数值积分算法 算法比较
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基于θ_1方法的多体动力学数值算法研究 被引量:5
12
作者 马秀腾 翟彦博 罗书强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期931-938,共8页
将结构动力学领域的θ_1方法拓展到数值求解多体系统运动方程——微分-代数方程(DAEs),分别求解指标-3 DAEs形式的运动方程和指标-2超定DAEs(ODAEs)形式的运动方程.通过数值算例验证了方法的有效性,并得到θ_1方法中参数θ_1的选取与数... 将结构动力学领域的θ_1方法拓展到数值求解多体系统运动方程——微分-代数方程(DAEs),分别求解指标-3 DAEs形式的运动方程和指标-2超定DAEs(ODAEs)形式的运动方程.通过数值算例验证了方法的有效性,并得到θ_1方法中参数θ_1的选取与数值耗散量之间的关系.数值算例还说明对于同一个多体系统,采用指标-3的DAEs描述时存在速度违约,用指标-2的ODAEs描述时,从计算机精度上讲,位置和速度约束方程同时满足,并且θ_1方法在求解非保守系统DAEs和ODAEs形式的运动方程时都具有2阶精度.最后θ_1方法与其他直接积分法求解DAEs和ODAEs形式运动方程的CPU时间进行了比较. 展开更多
关键词 θ1-方法 多体系统 微分-代数方程(daes) 数值耗散 2阶精度
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开放式多体系统动力学仿真算法软件研发(Ⅰ)DAEs求解算法构架设计 被引量:2
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作者 彭海军 阚子云 +1 位作者 陈飙松 钟万勰 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期579-586,共8页
基于开放式工程与科学计算集成化软件平台SiPESC,研发了用于多体系统动力学时程分析的一类通用求解算法构架。该构架的核心思想是算法与数据相分离,整个构架由五个基本类及子类组成。本文重点阐述基本类的抽象过程,利用插件技术设计求... 基于开放式工程与科学计算集成化软件平台SiPESC,研发了用于多体系统动力学时程分析的一类通用求解算法构架。该构架的核心思想是算法与数据相分离,整个构架由五个基本类及子类组成。本文重点阐述基本类的抽象过程,利用插件技术设计求解器的构架,进一步应用该构架实现了Newmark方法,HHT(HilberHughes-Taylor)方法,Generalizedα方法,Bathe方法及祖冲之类Symplectic方法等微分-代数方程组(DAEs)求解器的开发。研究工作表明,本文所提出的DAEs求解算法构架对多体系统动力学的时程分析具有良好的开放性和通用性,可方便进行各种新的DAEs求解算法的动态扩展。 展开更多
关键词 多体动力学 微分-代数方程组(daes) 算法构架 软件设计
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Simultaneous approach for simulation of a high-temperature gas-cooled reactor 被引量:2
14
作者 Yang CHEN Jiang-hong YOU Zhi-jiang SHAO Ke-xin WANG Ji-xin QIAN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第7期567-574,共8页
The simulation of a high-temperature gas-cooled reactor pebble-bed module(HTR-PM) plant is discussed.This lumped parameter model has the form of a set differential algebraic equations(DAEs) that include stiff equation... The simulation of a high-temperature gas-cooled reactor pebble-bed module(HTR-PM) plant is discussed.This lumped parameter model has the form of a set differential algebraic equations(DAEs) that include stiff equations to model point neutron kinetics.The nested approach is the most common method to solve DAE,but this approach is very expensive and time-consuming due to inner iterations.This paper deals with an alternative approach in which a simultaneous solution method is used.The DAEs are discretized over a time horizon using collocation on finite elements,and Radau collocation points are applied.The resulting nonlinear algebraic equations can be solved by existing solvers.The discrete algorithm is discussed in detail;both accuracy and stability issues are considered.Finally,the simulation results are presented to validate the efficiency and accuracy of the simultaneous approach that takes much less time than the nested one. 展开更多
关键词 Differential algebraic equations(daes) High-temperature gas-cooled reactor(HTR) SIMULATION Simultaneous approach
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α方法在非完整力学系统数值积分中的应用 被引量:1
15
作者 马秀腾 陈立平 张云清 《动力学与控制学报》 2008年第3期193-197,共5页
将源于直接积分方法的广义-α法和α-RATTLE法应用到非完整力学系统动力学方程数值积分中,直接求解指标-2的微分-代数方程(DAEs),这两种方法的质量矩阵可以是常量,也可以与广义坐标相关.最后,文中通过一个非完整力学系统:Snakeboard模型... 将源于直接积分方法的广义-α法和α-RATTLE法应用到非完整力学系统动力学方程数值积分中,直接求解指标-2的微分-代数方程(DAEs),这两种方法的质量矩阵可以是常量,也可以与广义坐标相关.最后,文中通过一个非完整力学系统:Snakeboard模型,对这两种方法进行了验证,并且与DASSL算法包的结果进行了比较. 展开更多
关键词 非完整约束 微分-代数方程(daes) 广义-α法 α-RATTLE法
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约束多体系统动力学分析的改进的离散零空间算法 被引量:3
16
作者 刘颖 马建敏 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期496-501,共6页
通过对已有离散零空间矩阵计算方法的改进,构造了改进的离散零空间等效变换公式,该公式可不依赖于特定的积分方法,能简洁、方便的与多种数值积分方法相结合。基于改进公式,提出了改进的离散零空间算法框架,并将该框架与一般变分积分法结... 通过对已有离散零空间矩阵计算方法的改进,构造了改进的离散零空间等效变换公式,该公式可不依赖于特定的积分方法,能简洁、方便的与多种数值积分方法相结合。基于改进公式,提出了改进的离散零空间算法框架,并将该框架与一般变分积分法结合,构造了约束多体系统动力学分析的改进的离散零空间算法。通过曲柄滑块机构的数值实验,验证了改进的离散零空间等效变换公式的正确性,示例了其与数值积分算法的良好结合性,说明了改进算法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 约束多体系统 微分代数方程 离散零空间 变分积分法 约束违约
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非完整系统动力学仿真θ_1方法研究
17
作者 马秀腾 罗书强 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期40-44,共5页
θ1方法是一种直接时间积分算法,主要用于结构动力学仿真时运动方程的求解,方程形式为二阶常微分方程(ODEs)。对于非完整系统动力学仿真,从微分-代数方程(DAEs)的角度看,系统的运动方程是二阶DAEs。基于此,提出非完整系统仿真的θ1方法... θ1方法是一种直接时间积分算法,主要用于结构动力学仿真时运动方程的求解,方程形式为二阶常微分方程(ODEs)。对于非完整系统动力学仿真,从微分-代数方程(DAEs)的角度看,系统的运动方程是二阶DAEs。基于此,提出非完整系统仿真的θ1方法,也就是数值求解指标-2的运动方程—DAEs的新算法。通过对双轮机器人θ1方法仿真结果与DASSL和Radau5算法结果的比较,验证新算法的有效性。数值实验也说明θ1方法求解非完整系统DAEs时具有2阶精度。 展开更多
关键词 θ1方法 非完整系统 动力学仿真 微分-代数方程(daes) 2阶精度
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多柔体系统响应计算的子循环计算方法研究 被引量:2
18
作者 缪建成 朱平 +1 位作者 陈关龙 朱大炜 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期511-519,共9页
过去近30年中,柔性多体系统动力学研究取得了巨大的进展,人们的兴趣集中在柔性多体系统建模、计算及实验研究等3个方面.Belytschko等于1979年提出的子循环算法已经成功地应用于结构动力响应的有限元计算中,然而有关柔性多体动力学的子... 过去近30年中,柔性多体系统动力学研究取得了巨大的进展,人们的兴趣集中在柔性多体系统建模、计算及实验研究等3个方面.Belytschko等于1979年提出的子循环算法已经成功地应用于结构动力响应的有限元计算中,然而有关柔性多体动力学的子循环算法研究尚未见报道.该文提出了一种适合于柔性多体系统响应计算的中心差分类子循环算法,在将非线性微分-代数混合方程组(DAEs)缩并为纯微分方程组(ODE)的基础上,推导出快、慢变分量的同步更新公式和子步更新公式;在变量的数值积分过程中,采用能量平衡计算检查算法的稳定性;算例结果表明该算法可以在保持合适的精度要求下,有效地提高响应的计算效率;对积分步长进行摄动修正可以保持算法的稳定性. 展开更多
关键词 柔性多体系统动力学 daes方程 中心差分法 子循环算法 能量平衡 稳定性分析
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多体系统动力学Lie群微分-代数方程约束稳定方法 被引量:2
19
作者 李亚男 李博文 +1 位作者 丁洁玉 潘振宽 《动力学与控制学报》 2018年第2期97-101,共5页
针对多体系统动力学微分-代数方程求解问题,研究基于Lie群表达的约束稳定方法.首先引入新的Lagrange乘子,结合位移约束、速度级约束和加速度级约束方程,构造了新的Lie群微分-代数方程.然后使用向后差商隐式方法和CG(Crouch-Grossman)方... 针对多体系统动力学微分-代数方程求解问题,研究基于Lie群表达的约束稳定方法.首先引入新的Lagrange乘子,结合位移约束、速度级约束和加速度级约束方程,构造了新的Lie群微分-代数方程.然后使用向后差商隐式方法和CG(Crouch-Grossman)方法,对微分–代数方程进行离散求解,得到精确度较高的动力学仿真结果.该方法在精确保持各级约束方程的同时,保持旋转矩阵的正交性,并且使系统总能量误差较小. 展开更多
关键词 多体系统动力学 微分-代数方程 LIE群 约束稳定
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求解指标1的微分代数方程组的一类新方法 被引量:1
20
作者 鲍文娣 韩海力 《淮阴师范学院学报(自然科学版)》 CAS 2012年第2期117-121,145,共6页
给出求解指标1的微分代数方程组的一类新的计算方法.将微磁学仿真的方法推广到求解微分代数方程组,并给出方法的收敛性和相容性分析.利用与伴随法相复合的方法,提高方法的收敛阶.并将方法应用于晶体管放大器的模型中.数值实验表明方法... 给出求解指标1的微分代数方程组的一类新的计算方法.将微磁学仿真的方法推广到求解微分代数方程组,并给出方法的收敛性和相容性分析.利用与伴随法相复合的方法,提高方法的收敛阶.并将方法应用于晶体管放大器的模型中.数值实验表明方法是有效的. 展开更多
关键词 Gauss-Seidel方法 微分代数方程组 伴随法 投影法
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