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精细积分方法的发展与扩展应用 被引量:3
1
作者 姚伟岸 高强 +1 位作者 谭述君 吴锋 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期2-25,共24页
钟万勰院士于1991年首先提出计算矩阵指数的精细积分方法,其要点是2N类算法和增量存储。精细积分方法可给出矩阵指数在计算机意义上的精确解,为常微分方程的数值计算提供了高精度、高稳定性的算法,现已成功应用于结构动力响应、随机振... 钟万勰院士于1991年首先提出计算矩阵指数的精细积分方法,其要点是2N类算法和增量存储。精细积分方法可给出矩阵指数在计算机意义上的精确解,为常微分方程的数值计算提供了高精度、高稳定性的算法,现已成功应用于结构动力响应、随机振动、热传导以及最优控制等众多领域。本文首先介绍矩阵指数精细积分方法的提出、基本思想和发展;然后依次介绍在时不变/时变线性微分方程、非线性微分方程以及大规模问题求解中发展起来的各种精细积分方法,分析了其优缺点和适用范围;最后介绍了精细积分方法的基本思想在两点边值问题、椭圆函数和病态代数方程等问题的扩展应用,进一步展示了该思想的特色。 展开更多
关键词 精细积分方法 矩阵指数 常微分方程 时程积分
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结构动力问题的高阶精确时步群积分方法
2
作者 李鸿晶 杨寅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期286-297,共12页
高阶精确时间积分方法可为与时间相关的高频复杂动力行为提供高精度的预测结果,但既有高阶精确时间积分方法普遍存在计算工作量偏大的问题,难以满足实际结构线性和非线性动力分析日益增长的计算需求。该文提出了一种基于时步群的高阶精... 高阶精确时间积分方法可为与时间相关的高频复杂动力行为提供高精度的预测结果,但既有高阶精确时间积分方法普遍存在计算工作量偏大的问题,难以满足实际结构线性和非线性动力分析日益增长的计算需求。该文提出了一种基于时步群的高阶精确时间积分方法,将p(p≥2)个相邻的未知时步组成待求解的时步群,以结构动力方程积分解为基础构建逐时步群求解结构动态响应的时间积分方案。在对每个时步群进行积分的过程中,无需联立求解方程,仅通过矩阵乘法运算即可一次性地计算得到时步群内全部p个时步的动态响应。数值特性分析以及线性与非线性算例试验均表明,该文算法精度高、稳定性好、数值耗散可控,在选择较大的时间步距情形下依然能够稳定地获得高精度的计算结果。相较传统二阶精度时间积分方法,该文算法的计算效率亦有较大幅度地提高。 展开更多
关键词 结构动力分析 高阶精确时间积分 时步群 矩阵指数 微分求积
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被动约束层阻尼圆柱壳振动和阻尼分析的一种新矩阵方法 被引量:20
3
作者 向宇 黄玉盈 +2 位作者 陆静 袁丽芸 邹时智 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2008年第12期1443-1456,共14页
基于线弹性薄壳理论和线粘弹性理论,考虑粘弹性层的剪切耗能作用和各层间的相互作用力,导出了被动约束层阻尼层合圆柱壳在谐激励作用下的一阶常微分矩阵控制方程.然后,借助作者提出的齐次扩容精细积分技术建立了一种新的矩阵方法,并利... 基于线弹性薄壳理论和线粘弹性理论,考虑粘弹性层的剪切耗能作用和各层间的相互作用力,导出了被动约束层阻尼层合圆柱壳在谐激励作用下的一阶常微分矩阵控制方程.然后,借助作者提出的齐次扩容精细积分技术建立了一种新的矩阵方法,并利用该方法研究了层合圆柱壳的振动特性和阻尼特性.该方法与已提出的以位移及其导数作为状态向量的传统传递矩阵法的根本区别在于,控制方程中的状态向量中包含了层合壳的全部位移和整合内力变量,因此,可以方便地适用于各种位移和内力边界条件以及部分环状覆盖约束层阻尼圆柱壳的动态分析.数值算例与解析解和有限元解的结果比较有力说明了该方法的正确性和有效性. 展开更多
关键词 约束层阻尼 一阶矩阵微分方程 圆柱壳 精细积分法
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Legendre小波求解非线性分数阶积分微分方程数值解 被引量:4
4
作者 陈一鸣 刘丽丽 +2 位作者 孙璐 李宣 孙慧 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1019-1024,共6页
文章运用Legendre小波求解一类变系数且含有多个微分的非线性分数阶积分微分方程数值解,结合Legendre小波的微分算子矩阵及乘积算子矩阵将方程最终转化为矩阵形式,并根据区间配置若干点,将其转化为非线性方程组,使得计算更加简便。数值... 文章运用Legendre小波求解一类变系数且含有多个微分的非线性分数阶积分微分方程数值解,结合Legendre小波的微分算子矩阵及乘积算子矩阵将方程最终转化为矩阵形式,并根据区间配置若干点,将其转化为非线性方程组,使得计算更加简便。数值算例验证了Legendre小波求解该类积分微分方程具有很好的逼近效果及较高的计算精度,是一种有效简便的算法。 展开更多
关键词 变系数 非线性分数阶积分微分方程 LEGENDRE小波 算子矩阵 数值解
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非线性动力学常微分方程组高精度数值积分方法 被引量:9
5
作者 郑兆昌 沈松 苏志霄 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期284-295,共12页
建立了一种求解非线性动力学常微分方程组初值问题的新方法.若非线性函数一阶导数存在,则给出解的积分方程表达式,计算得到按规定误差要求的高精度数值解.引入一般自治或非自治非线性系统的首次近似Jacobi矩阵,不作任何假设重构等价的... 建立了一种求解非线性动力学常微分方程组初值问题的新方法.若非线性函数一阶导数存在,则给出解的积分方程表达式,计算得到按规定误差要求的高精度数值解.引入一般自治或非自治非线性系统的首次近似Jacobi矩阵,不作任何假设重构等价的非线性常微分方程组,简捷而有广泛的适应性,不改变方程的本质,但其主项构成线性化方程组,其它项则代表非线性函数高阶余项而不涉及Taylor级数展开计算,给出该方程组初值问题的Duhamel卷积分解析表达式,在时间步长内进行数值积分迭代求解,在指定误差内快速收敛,逐步递推获得非线性常微分方程的瞬态响应和全时域高精度数值解.积分解连续满足微分方程组而不是在离散的步长端点上满足代数方程组,打破了传统用增量法在离散点上建立的代数方程组迭代求解,从而使传统:Euler型逐步积分法的各种差分格式算法改变成真正的积分格式算法.数值计算中给出指数矩阵递增展开式,变矩阵乘法为乘积系数的加法,避免了大量矩阵自乘而大大提高计算效率.算法验证为无条件稳定,则保证对线性常微分方程而言,计算中舍入误差的传播不会扩散,不出现计算机字长有限而引起舍入误差导致计算不确定性问题.基于以上理论和数值方法,计算了线性非线性算例并进行了分析,验证了本方法简捷而有广泛的适应性,可以? 展开更多
关键词 非线性动力学 有限差分法 常微分方程组 初值问题 高精度数值积分方法 高阶余项
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二阶非线性阻尼方程的振动准则 被引量:10
6
作者 罗辉 庄容坤 郭兴明 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第4期403-410,共8页
 利用Riccati变换和积分平均方法,研究了一类具有阻尼项的二阶非线性方程的解为振动的若干充分条件,建立了一些判定上述方程为振动的充分准则。
关键词 二阶非线性阻尼方程 振动性 RICCATI变换 积分平均技巧
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求解结构自振频率的精细传递矩阵法 被引量:11
7
作者 孙建鹏 李青宁 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2009年第2期140-145,共6页
将高精度的精细积分法和力学概念清晰的传递矩阵法结合起来,以微分方程和矩阵分析理论为基础,提出了一种新的精细传递矩阵形式,并用于求解结构自振频率。推导了该方法的计算公式。与传统的传递矩阵法相比,无需对微分方程进行求解,只需... 将高精度的精细积分法和力学概念清晰的传递矩阵法结合起来,以微分方程和矩阵分析理论为基础,提出了一种新的精细传递矩阵形式,并用于求解结构自振频率。推导了该方法的计算公式。与传统的传递矩阵法相比,无需对微分方程进行求解,只需按照迭代公式进行计算,就可以得到所需要的传递矩阵。提出的方法虽然是条件稳定的,但是稳定性条件极易满足。算例表明本方法具有较高的精度和效率。可以对任意结构进行自振频率求解。 展开更多
关键词 精细传递矩阵法 指数矩阵运算 控制微分方程 自振频率
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矩量法中阻抗矩阵的稀疏化研究 被引量:3
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作者 任仪 聂在平 +1 位作者 赵延文 马文敏 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第12期2354-2358,共5页
将高阶叠层矢量基函数及最大正交高阶矢量基函数应用于电磁场积分方程方法,提出将阻抗矩阵按稀疏阵处理的方法.通过文中的处理,使得存储阻抗矩阵的内存需求量和求解矩阵方程的迭代求解时间大为降低.本文还结合适当算例,分析了判断门限... 将高阶叠层矢量基函数及最大正交高阶矢量基函数应用于电磁场积分方程方法,提出将阻抗矩阵按稀疏阵处理的方法.通过文中的处理,使得存储阻抗矩阵的内存需求量和求解矩阵方程的迭代求解时间大为降低.本文还结合适当算例,分析了判断门限的选取对阻抗矩阵的存储量与迭代法求解的计算量的影响. 展开更多
关键词 电磁场积分方程 高阶矢量基函数 最大正交化 稀疏矩阵
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主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法 被引量:2
9
作者 袁丽芸 向宇 +1 位作者 黄玉盈 倪樵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期54-57,共4页
基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微... 基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。 展开更多
关键词 主动约束层阻尼 圆柱壳 一阶整合矩阵微分方程 传递矩阵法 占优模态控制
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环状分块覆盖ACLD圆柱壳振动分析的新矩阵方法 被引量:2
10
作者 向宇 袁丽芸 +1 位作者 陆静 黄玉盈 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期275-282,共8页
基于被动约束层阻尼(PCLD)圆柱层合壳振动分析的研究工作,进一步考虑主动约束层的压电效应,通过在其运动方程中直接施加压电控制力,导出了环状分块敷设主动约束层阻尼(ACLD)圆柱层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,并采用新型齐次扩容精细... 基于被动约束层阻尼(PCLD)圆柱层合壳振动分析的研究工作,进一步考虑主动约束层的压电效应,通过在其运动方程中直接施加压电控制力,导出了环状分块敷设主动约束层阻尼(ACLD)圆柱层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,并采用新型齐次扩容精细积分法和叠加原理,建立了分析此类ACLD圆柱壳振动控制问题的一种高精度矩阵方法,进而还研究了轴对称自由振动情况下的阻尼特性以及在地面运动激励下的响应。通过数值计算发现,采用与结构响应中的占优模态成分相匹配的分布电压控制方式对振动的抑制效果更好,可称之为占优模态控制策略。 展开更多
关键词 主动约束层阻尼 夹层圆柱壳 整合一阶常微分矩阵方程 传递矩阵法 占优模态控制策略
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一类二阶微分方程解的振动性质 被引量:5
11
作者 徐志庭 马东魁 《应用数学》 CSCD 北大核心 2001年第S1期212-216,共5页
利用积分平均技巧研究二阶微分方程(r(t)(x(t) )x′(t) )′+ q(t) f(x(t) ) g(x′(t) ) =0 .解的振动性质 ,得到了一些保证此方程所有解振动的充分条件 .特别 ,本文的结果改进了文 [1 ]的主要结果 .
关键词 振动 二阶微分方程 积分平均技巧
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一类高阶非线性具有偏差变元的微分方程解的有界性 被引量:4
12
作者 纪德红 孟凡伟 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2006年第6期1063-1067,共5页
本文通过推广文[5]所建立的积分不等式来研究更为一般的高阶方程L_nx(t)+F(t,x(t),x(φ(t)))= 0解的有界性质和渐进性质。
关键词 有界性 积分不等式 高阶具有偏差变元的微分方程
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求解地面运动激励下的部分覆盖约束层阻尼贮液圆柱壳耦振的整合状态传递矩阵法 被引量:2
13
作者 袁丽芸 向宇 +1 位作者 黄玉盈 倪樵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第7期41-49,54,共10页
基于一般情况下的线弹性薄壳方程和势流理论,考虑被动约束层阻尼(PCLD)的剪切变形的能量耗散和液固耦合相互作用,文中首先导出了PCLD圆柱层合壳的整合一阶矩阵微分方程,该方程的状态向量的每个元素都有明确的物理意义,更方便用于层合壳... 基于一般情况下的线弹性薄壳方程和势流理论,考虑被动约束层阻尼(PCLD)的剪切变形的能量耗散和液固耦合相互作用,文中首先导出了PCLD圆柱层合壳的整合一阶矩阵微分方程,该方程的状态向量的每个元素都有明确的物理意义,更方便用于层合壳体在各种边界支承条件的动力学问题的求解。然后通过将流体动压力写成含待求系数的解析形式,借助流固交接条件、新型齐次扩容精细积分法和叠加原理,建立了一种分析该类结构耦振问题的高效率、高精度的半解析半数值方法。通过与无水、两端简支的全覆盖PCLD圆柱壳在轴对称情况下自由振动的解析解结果比较,验证了该方法的有效性。最后基于文中提出的方法,研究了部分覆盖PCLD贮液圆柱容器在地面运动激励下的动力响应,研究了PCLD厚度、长度、敷设位置以及粘弹芯的复剪切模量模型对减振效果的影响。 展开更多
关键词 整合状态向量 一阶矩阵微分方程 贮液圆柱壳 被动约束层阻尼 流固耦合振动
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分析部分环状覆盖PCLD圆锥壳自由振动与阻尼特性的半解析法 被引量:1
14
作者 陆静 向宇 +1 位作者 倪樵 黄玉盈 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第2期213-219,共7页
基于Donnell薄壳和线粘弹性理论,对于粘弹性层仅考虑剪切变形,并采用复常量模型模拟粘性层的能耗特性,导出了PCLD圆锥层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,由于周向曲率是纵向坐标的函数,系数矩阵比圆柱层合壳复杂。然后借助精细积分和传递... 基于Donnell薄壳和线粘弹性理论,对于粘弹性层仅考虑剪切变形,并采用复常量模型模拟粘性层的能耗特性,导出了PCLD圆锥层合壳的整合一阶常微分矩阵方程,由于周向曲率是纵向坐标的函数,系数矩阵比圆柱层合壳复杂。然后借助精细积分和传递矩阵法,提出了一种分析部分覆盖PCLD圆锥层合壳自由振动和阻尼特性的半解析方法。通过数值算例证明了本文方法的有效性,文中还讨论了覆盖率等参数对PCLD圆锥层合壳固有频率和损耗因子的影响,影响程度和PCLD圆柱层合壳也不同。 展开更多
关键词 被动约束层阻尼(PCLD) 圆锥壳 一阶常微分矩阵方程 传递矩阵法 精细积分法
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具有纹理保持能力的四阶偏微分方程去噪方法 被引量:1
15
作者 郑钰辉 朱立新 +2 位作者 王幸平 韦志辉 夏德深 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第7期195-198,共4页
虽然四阶偏微分方程图像去噪方法能得到较好的分段光滑的结果,但这类方法常破坏图像的纹理信息。提出了一种具有保持图像纹理信息能力的四阶偏微分方程去噪模型。利用垂直于梯度方向的图像二阶导数设计了一种新的代价函数。证明了该函... 虽然四阶偏微分方程图像去噪方法能得到较好的分段光滑的结果,但这类方法常破坏图像的纹理信息。提出了一种具有保持图像纹理信息能力的四阶偏微分方程去噪模型。利用垂直于梯度方向的图像二阶导数设计了一种新的代价函数。证明了该函数解的存在性与唯一性并给出了其对应的Euler-Lagrange方程。在实验方面,用大量真实的纹理图像验证了新方法。实验结果表明,新方法在去噪的同时图像的边缘与细节得到了较好的保持。 展开更多
关键词 图像去噪 四阶偏微分方程 纹理保持 海森矩阵
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一阶偏微分方程完全积分概念的起源 被引量:4
16
作者 贾小勇 张小芳 《西北大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期675-679,共5页
目的探讨和分析拉格朗日(Joseph Louis Lagrange,1736—1813)重新定义一阶偏微分方程完全积分概念的原因和背景。方法历史分析和文献考证。结果拉格朗日从欧拉的完全积分定义出发,在用常数变易法探讨一阶偏微分方程积分的过程中受到启发... 目的探讨和分析拉格朗日(Joseph Louis Lagrange,1736—1813)重新定义一阶偏微分方程完全积分概念的原因和背景。方法历史分析和文献考证。结果拉格朗日从欧拉的完全积分定义出发,在用常数变易法探讨一阶偏微分方程积分的过程中受到启发,萌生了关于积分"完全性"的新思想。随后,他把这种新思想运用于常微分方程,成功解释了奇解现象,受此驱动,提出了一阶偏微分方程完全积分的新定义。结论拉格朗日的完全积分新定义是他追求方程一般性解法的体现和产物。 展开更多
关键词 拉格朗日(Joseph Louis Lagrange 1736—1813) 一阶偏微分方程 完全积分 常数变易法 奇解
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新高阶常微分方程的可积类型 被引量:7
17
作者 汤光宋 瞿国林 《浙江海洋学院学报(自然科学版)》 CAS 1999年第4期335-340,共6页
借助变量代换、迭代等方法,提出几类新的高阶常微分方程,给出其相应的通积分公式。
关键词 高阶常微分方程 变量替换法 迭代法 通积分公式 可积类型
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无穷区间上含有p-Laplacian算子的n阶积分边值问题正解的存在性 被引量:2
18
作者 禹长龙 王菊芳 李国刚 《河北科技大学学报》 CAS 2015年第4期382-389,共8页
运用Leray-Schauder非线性抉择定理研究了一类无穷区间上含有pLaplacian算子的n阶微分方程积分边值问题:﹛(φp(x(n-1)))′(t)+a(t)f(t,x(t),x′(t))=0,0<t<+∞,x(0)=α∫+∞ηg(τ)x(τ)dτ,x′(0)=x″(0)=…=xn-2(0)=0,t→+∞... 运用Leray-Schauder非线性抉择定理研究了一类无穷区间上含有pLaplacian算子的n阶微分方程积分边值问题:﹛(φp(x(n-1)))′(t)+a(t)f(t,x(t),x′(t))=0,0<t<+∞,x(0)=α∫+∞ηg(τ)x(τ)dτ,x′(0)=x″(0)=…=xn-2(0)=0,t→+∞lim x(n-1)(t)=0解的存在性,其中η∈[0,+∞),α∈[0,+∞)且f∈C([0,+∞)×R×R,[0,+∞))。 展开更多
关键词 常微分方程其他学科 P-LAPLACIAN算子 N阶微分方程 积分边值问题 Leray-Schauder非线性抉择定理
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Legendre算子矩阵求解分数阶微分方程 被引量:1
19
作者 刘乐春 耿万海 +2 位作者 王栋 李裕莲 陈一鸣 《燕山大学学报》 CAS 2013年第5期466-470,共5页
本文考虑用勒让德(Legendre)算子矩阵求解分数阶微分方程的数值解。这种方法是取勒让德多项式的有限项,把勒让德多项式和算子矩阵结合起来,对给定的函数做了有效的离散,将分数阶微分方程转化为代数方程组,使得计算更简便,并给出数值算... 本文考虑用勒让德(Legendre)算子矩阵求解分数阶微分方程的数值解。这种方法是取勒让德多项式的有限项,把勒让德多项式和算子矩阵结合起来,对给定的函数做了有效的离散,将分数阶微分方程转化为代数方程组,使得计算更简便,并给出数值算例验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 算子矩阵 分数阶微分方程 代数方程组
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一阶常微分方程组的一个有效解法 被引量:2
20
作者 吕和祥 董志强 陈建峰 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期629-632,共4页
对于一阶常微分方程组,将具有导数变量的系数矩阵作三角化分解,使其简化成单位矩阵.应用具有三阶精度、单步自起步、无条件稳定的隐式算法对一阶常微分方程组进行了简化,改进了C a lahan算法.其中逆矩阵与矩阵的乘积,是通过矩阵三角化... 对于一阶常微分方程组,将具有导数变量的系数矩阵作三角化分解,使其简化成单位矩阵.应用具有三阶精度、单步自起步、无条件稳定的隐式算法对一阶常微分方程组进行了简化,改进了C a lahan算法.其中逆矩阵与矩阵的乘积,是通过矩阵三角化回代求解计算,从而回避了矩阵求逆.该算法保留了原方程组系数矩阵的稀疏存储方式和稀疏矩阵的运算规则,减少了计算时间和运算过程所需要的存储空间. 展开更多
关键词 一阶常微分方程组 逐步积分 无条件稳定 瞬态温度场
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