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自适应步长增维精细积分法的电磁暂态仿真
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作者 叶婧 谢继豪 +2 位作者 王永 吕金伟 张磊 《电力系统及其自动化学报》 北大核心 2025年第3期149-158,共10页
针对电磁暂态仿真类程序中易有数值振荡的产生及采用定步长仿真难以兼顾精度和效率的问题,提出一种自适应步长增维精细积分仿真算法。首先,为避免矩阵求逆引入扩展向量进行增维,并对增维矩阵进行分块计算以降低计算规模;其次,根据估计... 针对电磁暂态仿真类程序中易有数值振荡的产生及采用定步长仿真难以兼顾精度和效率的问题,提出一种自适应步长增维精细积分仿真算法。首先,为避免矩阵求逆引入扩展向量进行增维,并对增维矩阵进行分块计算以降低计算规模;其次,根据估计误差确立自适应步长变化的依据,并通过预设步长进一步提高计算效率;最后,建立电磁暂态数值计算流程,对电力系统中线性与非线性元件进行建模,并通过典型的算例验证了所提算法的有效性与优势。 展开更多
关键词 电磁暂态仿真 数值振荡 增维精细积分法 自适应步长
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一种适用于嵌入式导电薄层的高阶电磁波混合时域有限差分-时程精细积分法
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作者 马亮 马西奎 +2 位作者 迟明珺 向汝 朱晓杰 《电工技术学报》 北大核心 2025年第5期1333-1343,共11页
应用单一时域数值方法,在面对嵌入式导电薄层一类多尺度问题时,都面临着建模极为困难的挑战。该文提出了一种基于时域有限差分(FDTD)法和高阶时程精细积分(PITD)法的电磁波混合数值方法。该方法对导电薄层外部进行粗网格剖分并应用FDTD... 应用单一时域数值方法,在面对嵌入式导电薄层一类多尺度问题时,都面临着建模极为困难的挑战。该文提出了一种基于时域有限差分(FDTD)法和高阶时程精细积分(PITD)法的电磁波混合数值方法。该方法对导电薄层外部进行粗网格剖分并应用FDTD法,而对薄层内部进行一维细网格剖分并应用四阶PITD法,以实现不同网格尺度的同步时间推进。为了实现粗细网格之间的信息交换,在PITD域中引入过渡区域并应用二阶PITD法,通过等效本构参数来更新交界面处的切向电场。分析了该混合算法的数值稳定性和数值反射,并通过典型数值算例验证了所提方法的有效性和准确性。 展开更多
关键词 时域有限差分法 四阶时程精细积分法 亚网格技术 矩阵指数
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基于精细积分法的舰船外部磁场推算优化研究
3
作者 茆福源 黄元星 +2 位作者 梁晓锋 惠然 吴啸 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第13期120-125,共6页
针对舰船外部磁场推算中积分方程法系数矩阵的病态问题,结合磁本构方程和预处理精细积分法,提出基于预处理精细积分法的舰船外部磁场推算方法。首先,分析积分方程法中系数矩阵病态问题,通过加入磁本构方程降低系数矩阵病态程度;其次,基... 针对舰船外部磁场推算中积分方程法系数矩阵的病态问题,结合磁本构方程和预处理精细积分法,提出基于预处理精细积分法的舰船外部磁场推算方法。首先,分析积分方程法中系数矩阵病态问题,通过加入磁本构方程降低系数矩阵病态程度;其次,基于预处理精细积分法,进一步优化磁场逆推算求解过程中的病态问题;最后,通过试验实测数据与仿真计算结果对比,验证方法的有效性。结果显示,对比同类算法,该方法推算结果与实测数据的均方根误差降至6.81%;同时通过多个仿真模型,验证了该方法在优化系数矩阵病态问题上的通用性。依据试验与仿真结果,基于预处理精细积分法的舰船外部磁场推算方法能够有效优化积分方程法系数矩阵的病态问题,进一步提升舰船外部磁场推算的精确性。 展开更多
关键词 磁场推算 矩阵病态问题 精细积分法
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参数冻结精细指数积分法在非线性车桥耦合振动分析中的应用 被引量:3
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作者 张宇 李韶华 任剑莹 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期258-272,共15页
描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该... 描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该方法结合了精细积分和指数积分特点,并将时变系数矩阵在每一积分步参数冻结,用于获得系统振动响应的数值解.考虑汽车轮胎与桥面的力和位移耦合关系、桥面沥青铺装层、桥梁材料黏弹性和几何非线性特性,建立了车桥耦合动力学模型,并应用参数冻结精细指数积分法对该模型进行了求解.通过与近似解析解、辛Runge-Kutta算法以及经典的Newmark-β数值积分法计算结果进行对比,验证了所提出方法计算结果的有效性和准确性.在此基础上,制作了缩尺车桥耦合系统模型,测试了跨中挠度响应,进一步验证了理论建模和所提算法的有效性和实用性.通过数值计算分析了所提算法的数值特性,结果表明:提出的参数冻结精细指数积分法不仅可以处理时变、非线性问题,且具有良好的数值计算精度和长时间数值稳定性;由于精细积分的特点,参数冻结精细指数积分法的计算时间步长可以取的较大,可有效提高计算效率.因此,所提出的参数冻结精细指数积分法预期可成为求解车桥耦合动力学问题的一种新的高效算法. 展开更多
关键词 精细指数积分法 车桥耦合振动 参数冻结 非线性时变系统 辛Runge-Kutta算法
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偏微分方程的区间小波自适应精细积分法 被引量:18
5
作者 梅树立 陆启韶 +1 位作者 张森文 金俐 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期333-340,共8页
 利用插值小波理论构造了拟Shannon区间小波,并结合外推法给出了一种求解非线性常微分方程组的时间步长自适应精细积分法,在此基础上构造了求解非线性偏微分方程的区间小波自适应精细积分法(AIWPIM)· 数值结果表明,该方法在计算...  利用插值小波理论构造了拟Shannon区间小波,并结合外推法给出了一种求解非线性常微分方程组的时间步长自适应精细积分法,在此基础上构造了求解非线性偏微分方程的区间小波自适应精细积分法(AIWPIM)· 数值结果表明,该方法在计算精度上优于将小波和四阶Runge_Kutta法组合得到的偏微分方程的数值求解方法,而计算量则相差不大· 该文方法通过Burgers方程给出。 展开更多
关键词 精细积分法 外推法 BURGERS方程 区间小波
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结构动力方程的增维精细积分法 被引量:72
6
作者 顾元宪 陈飚松 张洪武 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第4期447-456,共10页
对线性定常结构动力系统提出的精细积分方法,能够得到在数值上逼近于精确解的结果,但是对于非齐次动力方程涉及到矩阵求逆的困难.提出采用增维的办法,将非齐次动力方程转化为齐次动力方程,在实施精细积分过程中不必进行矩阵求逆.... 对线性定常结构动力系统提出的精细积分方法,能够得到在数值上逼近于精确解的结果,但是对于非齐次动力方程涉及到矩阵求逆的困难.提出采用增维的办法,将非齐次动力方程转化为齐次动力方程,在实施精细积分过程中不必进行矩阵求逆.这种方法对于程序实现和提高数值稳定性十分有利,而且在大型问题中计算效率较高,从而改进了精细积分方法的应用.数值例题显示了本文方法的有效性. 展开更多
关键词 结构动力学 精细积分法 齐次动力方程
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精细时程积分法的误差分析与精度设计 被引量:33
7
作者 向宇 黄玉盈 曾革委 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期276-280,319,共6页
通过对精细积分法递推过程的误差分析 ,发现该方法能获得高精度数值结果的根本原因是 :数值计算的相对误差不随递推过程的进行而扩散。数值结果的精度仅仅取决于初始 Taylor级数的计算精度和指数矩阵 A的最大模特征值。同时 ,提出了一... 通过对精细积分法递推过程的误差分析 ,发现该方法能获得高精度数值结果的根本原因是 :数值计算的相对误差不随递推过程的进行而扩散。数值结果的精度仅仅取决于初始 Taylor级数的计算精度和指数矩阵 A的最大模特征值。同时 ,提出了一种精度估计和精度设计的方法。 展开更多
关键词 精细时程积分法 误差分析 精度设计 精度估计 泰勒级数 指数矩阵
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基于精细Runge-Kutta混合积分法的车桥耦合振动非迭代求解算法 被引量:11
8
作者 杜宪亭 夏禾 +2 位作者 张田 田园 曹艳梅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第13期39-42,55,共5页
针对结构非线性问题,采用4阶Runge-Kutta法展开精细积分法中响应状态方程的Duhamel项,构造了一种既可以避免迭代又具有较高精度的精细Runge-Kutta混合积分方法,在此基础上提出了适用于车桥耦合振动高效求解的分析框架。车桥耦合系统由... 针对结构非线性问题,采用4阶Runge-Kutta法展开精细积分法中响应状态方程的Duhamel项,构造了一种既可以避免迭代又具有较高精度的精细Runge-Kutta混合积分方法,在此基础上提出了适用于车桥耦合振动高效求解的分析框架。车桥耦合系统由车辆、桥梁子系统组成,均采用有限元建模,其中车辆子系统采用部件刚体假定,而桥梁子系统借助于振型叠加法缩减自由度数目;两个子系统内部非线性作用以及系统间的相互作用通过非线性的虚拟力表达。以一节4轴客车匀速通过32m简支梁为研究对象,分别采用分析框架法、Runge-Kutta法进行动力分析。数值结果对比表明:相对于Runge-Kutta法,精细Runge-Kutta混合法能够显著提高计算收敛的积分步长;分析框架可以应用到实际工程中。 展开更多
关键词 车桥系统 动力相互作用 精细积分法 RUNGE-KUTTA法 振型叠加法
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瞬态温度场灵敏度分析的精细积分法 被引量:7
9
作者 陈飚松 顾元宪 +1 位作者 张洪武 刘书田 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2000年第4期270-274,共5页
结合有限元法 ,提出了线性和非线性瞬态温度场灵敏度分析的精细积分方法。在精细积分法求解线性和非线性温度场的基础上 ,采用敏度分析的半解析法 ,推导了瞬态温度场灵敏度分析的精细积分列式。指出对于线性热传导问题 ,精细积分法求解... 结合有限元法 ,提出了线性和非线性瞬态温度场灵敏度分析的精细积分方法。在精细积分法求解线性和非线性温度场的基础上 ,采用敏度分析的半解析法 ,推导了瞬态温度场灵敏度分析的精细积分列式。指出对于线性热传导问题 ,精细积分法求解敏度方程同样具有稳定、高精度的数值特性 ,而且能避免常规差分法的数值振荡现象。对于非线性热传导问题 ,提出了相应的求解办法。 展开更多
关键词 灵敏度 瞬态温度场 精细积分法 数值计算
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基于三次样条插值的精细积分法 被引量:10
10
作者 高小科 邓子辰 黄永安 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第9期75-77,82,共4页
结合指数矩阵的精细算法,提出了一类基于三次样条插值的精细积分方法。针对结构动力学方程一般解中的积分项,考虑在一个时间步长内激励为线性和正余弦两种变化形式,通过对积分项中的指数矩阵进行三次样条插值函数模拟,得到一组新的被积... 结合指数矩阵的精细算法,提出了一类基于三次样条插值的精细积分方法。针对结构动力学方程一般解中的积分项,考虑在一个时间步长内激励为线性和正余弦两种变化形式,通过对积分项中的指数矩阵进行三次样条插值函数模拟,得到一组新的被积函数,最后通过多次分部积分,构造了一类新的高精度计算格式。在三次样条插值函数构造过程中引入了指数矩阵的精细算法,有效避免了中间过程中有效数字的丢失,同时还有效解决了HPD-F算法中涉及的矩阵求逆问题,大大增加了算法的数值稳定性。数值算例显示了该方法的有效性。 展开更多
关键词 结构动力方程 时程积分 样条插值 指数矩阵 精细积分法
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基于精细积分法的伸展悬臂结构动态特征的计算 被引量:8
11
作者 邓子辰 郑焕军 +1 位作者 赵玉立 钟万勰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期110-113,共4页
本文针对时变结构 ,建立了一套高精度计算方法 ,其舍弃了传统的差分形式 ,具有计算精度高及数值稳定性好等特点 ,进而将上述方法应用于一种典型结构——伸展悬臂梁 ,给出了悬臂结构在不同伸展规律下体现出来的动态特征。计算结果表明 ,... 本文针对时变结构 ,建立了一套高精度计算方法 ,其舍弃了传统的差分形式 ,具有计算精度高及数值稳定性好等特点 ,进而将上述方法应用于一种典型结构——伸展悬臂梁 ,给出了悬臂结构在不同伸展规律下体现出来的动态特征。计算结果表明 ,精细积分法能有效地解决时变结构问题 ,并具有很高的计算精度。 展开更多
关键词 精细积分法 时变结构 伸展悬臂结构 动态特性 柔性结构 飞行器 机器人
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基于Shannon-Cosine小波精细积分法的壁画降噪修复方法 被引量:9
12
作者 李丽 高若婉 +1 位作者 梅树立 赵海英 《浙江大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期279-287,共9页
为修复受破损且噪声点众多的壁画图像,提出了用偏微分方程(partial differential equation,PDE)扩散的方法对图像进行降噪修复。针对PDE法求解精度较低的问题,提出了一种Shannon-Cosine小波精细积分法,运用小波数值方法对偏微分方程进... 为修复受破损且噪声点众多的壁画图像,提出了用偏微分方程(partial differential equation,PDE)扩散的方法对图像进行降噪修复。针对PDE法求解精度较低的问题,提出了一种Shannon-Cosine小波精细积分法,运用小波数值方法对偏微分方程进行离散处理,降低其方程组规模,并采用精细积分法求解,有效提高了计算速度。试验结果表明,采用该算法对受损壁画降噪处理后,视觉上,图像边界更清晰,且噪声点得到有效减少,达到了保边降噪的效果,更符合人眼的视觉效果;客观上,与中值滤波、均值滤波和维纳滤波方法相比,采用本算法处理后的图像其PSNR值和SSIM值均最大。因此,运用Shannon-Cosine小波精细积分法求解图像的PDE模型是可行的,取得了较好的图像降噪效果。 展开更多
关键词 壁画 降噪 小波精细积分法 偏微分方程
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基于精细积分法的相邻结构弹塑性地震碰撞分析 被引量:5
13
作者 张瑞杰 李青宁 +2 位作者 王天利 叶毅 孙建鹏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第14期59-66,共8页
罕遇地震作用下,结构会不可避免进入塑性状态,并且相邻结构会产生碰撞现象。将相邻的复杂结构简化为多个单自由度结构,并在相邻结构间增加接触单元,以模拟多点碰撞。地震反应过程区分为分离状态和碰撞状态,分别建立了增量动力平衡方程... 罕遇地震作用下,结构会不可避免进入塑性状态,并且相邻结构会产生碰撞现象。将相邻的复杂结构简化为多个单自由度结构,并在相邻结构间增加接触单元,以模拟多点碰撞。地震反应过程区分为分离状态和碰撞状态,分别建立了增量动力平衡方程和全量动力平衡方程,推导了分离状态增量动力平衡方程和碰撞状态全量动力平衡方程的精细积分法,并解决了滞回曲线界点的精确分析和分离-碰撞状态转换问题。设计了增量精细积分法和全量精细积分法相结合求解弹塑性地震碰撞反应的算法。通过算例分析,验证该算法能精确地模拟结构的材料非线性行为和碰撞行为。在此基础上,对接触单元模型进行参数化分析,结论有助于进一步理解相邻结构碰撞现象。 展开更多
关键词 地震 多点碰撞 精细积分法 滞回模型 接触单元模型 算法
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多自由度非线性动力方程的改进增维精细积分法 被引量:12
14
作者 葛根 王洪礼 谭建国 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期113-117,共5页
针对多自由度非线性动力方程,提出了一种改进的增维精细积分法.将非线性项当作载荷来处理,并采用增维的方法使非线性动力方程转化为形式上的齐次方程,使该齐次方程的系数矩阵具有一个定常子矩阵,避免了每一个时间步内要进行若干次矩阵... 针对多自由度非线性动力方程,提出了一种改进的增维精细积分法.将非线性项当作载荷来处理,并采用增维的方法使非线性动力方程转化为形式上的齐次方程,使该齐次方程的系数矩阵具有一个定常子矩阵,避免了每一个时间步内要进行若干次矩阵的加、乘迭代来更新指数矩阵,提高了增维精细积分法的计算效率,尤其是对大型结构的长期性态仿真效果十分明显.数值算例表明,该方法对一般的多自由度的非线性动力方程的求解具有精度高、计算速度快的特点. 展开更多
关键词 多自由度 非线性动力方程 精细积分法 增维方法 改进算法
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非线性系统控制方程的齐次扩容精细积分法 被引量:6
15
作者 向宇 黄玉盈 +2 位作者 袁丽芸 陆静 马小强 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2007年第12期40-43,67,共5页
基于齐次扩容精细积分法,提出一种新的求解非线性微分方程的高精度预测-校正算法。首先,借助Tay-lor级数展开,在一个积分步长内将非线性方程转化为线性非齐次方程,然后利用齐次扩容方法,进一步将其化为线性齐次方程组,便于用精细积分算... 基于齐次扩容精细积分法,提出一种新的求解非线性微分方程的高精度预测-校正算法。首先,借助Tay-lor级数展开,在一个积分步长内将非线性方程转化为线性非齐次方程,然后利用齐次扩容方法,进一步将其化为线性齐次方程组,便于用精细积分算法求解。为了避免繁琐的导数推导和计算,采用修正Euler法作为预测步、齐次扩容精细积分法进行多次校正计算的方案,获得了较高精度的计算结果。所提出的方法算法简单,编程容易,且避免了系统矩阵的求逆计算,具有更加广泛的应用范围,适用于多自由度、强非线性非保守系统的求解。 展开更多
关键词 非线性系统控制方程 精细积分法 齐次扩容 预测-校正
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基于Markov参数精细积分法的载荷识别研究 被引量:7
16
作者 郭杏林 毛玉明 +2 位作者 赵岩 朱礼文 潘忠文 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期27-30,共4页
对于结构受多点分布动态荷载识别问题提出了精细正则化算法。基于状态空间描述建立了离散动力系统滑动平均模型,并应用2N算法精细计算了系统模型的马尔科夫(Markov)参数矩阵,给出了全局时间域内多点分布动态载荷识别问题的精细识别模型... 对于结构受多点分布动态荷载识别问题提出了精细正则化算法。基于状态空间描述建立了离散动力系统滑动平均模型,并应用2N算法精细计算了系统模型的马尔科夫(Markov)参数矩阵,给出了全局时间域内多点分布动态载荷识别问题的精细识别模型。针对载荷辨识模型求解过程中遇到的方程病态问题,采用正则化截断奇异值分解技术进行处理。通过有限元数值模型仿真,验证了所提出方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 精细积分法 载荷识别 病态问题 滑动平均模型 正则化
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任意差分精细积分法及数值稳定性分析 被引量:10
17
作者 强士中 王孝国 +1 位作者 唐茂林 刘民 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 1999年第3期256-262,共7页
本文在子域精细积分法的基础上,提出解偏微分方程的任意差分精细积分法,这种方法既具备子域精细积分法的各种优点,还能较好描述非均匀介质的物理特性及灵活处理各类边界条件,且其显式计算格式是无条件稳定的·
关键词 偏微分方程 分法 数值稳定性 子域精细积分法
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复阻尼结构动力方程的增维精细积分法 被引量:10
18
作者 吴泽玉 王东炜 李玉河 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期107-110,共4页
为了避开求解复阻尼结构强迫激励动力学方程的积分运算,引入增维精细积分方法。根据复阻尼系统复化对偶原则,将动力学方程和激励波对偶复化为实部和虚部的形式,推导出增维矩阵的精细积分求解过程。结果表明,由于不用求解迭代矩阵H的逆矩... 为了避开求解复阻尼结构强迫激励动力学方程的积分运算,引入增维精细积分方法。根据复阻尼系统复化对偶原则,将动力学方程和激励波对偶复化为实部和虚部的形式,推导出增维矩阵的精细积分求解过程。结果表明,由于不用求解迭代矩阵H的逆矩阵,避免了矩阵奇异带来的计算解的不稳定性。在计算矩阵仅增加一维的情况下,化积分运算为代数运算,扩大了精细积分法的应用范围。通过对比增维精细积分法和频域法计算结果,二者结果保持较高的一致性。 展开更多
关键词 复阻尼 动力时程分析 复化对偶 材料损耗因子 增维精细积分法
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结构动力方程精细时程积分法的几种改进 被引量:5
19
作者 李青宁 李晓蕾 阎艳伟 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2009年第1期6-10,共5页
针对精细积分法带来的矩阵阶数高问题,提出将Wilson-θ法、Newmark-β法与精细积分法结合来进行求解动力方程,降低了阶数从而提高了计算效率.采用高斯数值积分公式、辛普森公式、龙格-库塔方法等积分方法求解非齐次动力方程,使之与降阶... 针对精细积分法带来的矩阵阶数高问题,提出将Wilson-θ法、Newmark-β法与精细积分法结合来进行求解动力方程,降低了阶数从而提高了计算效率.采用高斯数值积分公式、辛普森公式、龙格-库塔方法等积分方法求解非齐次动力方程,使之与降阶的精细积分法相结合,建立了新的精细积分格式,为精细积分法在实际工程中的应用提供了方法. 展开更多
关键词 动力方程 精细积分法 指数矩阵
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结构动力方程的增维分块精细积分法 被引量:11
20
作者 张继锋 邓子辰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期88-90,106,共4页
在增维精细积分法的基础上,对矩阵进行分块计算。考虑非齐次项的特点,减小了矩阵的维数,实现简化计算,提高了计算效率,同时算法仍然具有增维精细积分法的原有优点。数值算例表明本方法在保持精度的同时提高了计算效率,在处理大型问题时... 在增维精细积分法的基础上,对矩阵进行分块计算。考虑非齐次项的特点,减小了矩阵的维数,实现简化计算,提高了计算效率,同时算法仍然具有增维精细积分法的原有优点。数值算例表明本方法在保持精度的同时提高了计算效率,在处理大型问题时将有着很大的优势。 展开更多
关键词 精细积分 增维分块精细积分法 简化计算
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