时变电磁场计算的隐式DTS-FVTD方法

1

作者 许勇 丁明松 +2 位作者 江涛 李鹏 傅杨奥骁 《电波科学学报》 北大核心 2025年第2期294-300,共7页

为保持时间精度和提高计算效率,将双时间步(dual time-stepping,DTS)方法和隐式上下对称高斯-赛德尔迭代(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)算法引入到时域有限体积(finite-volume time-domain,FVTD)法电磁解算器中,提出一种... 为保持时间精度和提高计算效率,将双时间步(dual time-stepping,DTS)方法和隐式上下对称高斯-赛德尔迭代(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)算法引入到时域有限体积(finite-volume time-domain,FVTD)法电磁解算器中,提出一种时变电磁场计算的隐式DTS-FVTD方法。DTS法具有2阶时间精度,无条件稳定格式使物理时间步可取任意值,其取值仅须考虑时间精度要求,而定常虚拟时间导数趋于零,虚拟时间步长满足稳定性要求,由此放松了通常显式方法和网格对物理时间步长的限制。全隐格式的前后向LU-SGS算法采用大库朗数计算,并取消矩阵求逆运算从而减少了计算量和存储占用。典型二维、三维和复杂外形目标电磁散射计算结果表明,通过对物理时间步长、最大子迭代步数、子迭代收敛判据的合理选取,隐式DTS-FVTD方法能保证数值模拟精度并提升计算效率。 展开更多

关键词 双时间步(DTS)方法 隐式上下对称高斯-赛德尔迭代(lu-sgs) 时域有限体积(FVTD)法 雷达散射截面(RCS)

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二阶精度半隐式半拉格朗日轨迹计算和时间积分方案在GRAPES区域模式中的应用 被引量：5

2

作者 张旭 黄伟 陈葆德 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第3期557-565,共9页

将两时间层稳定外插方案(Stable Extrapolation Two-Time-Level Scheme,SETTLS)引入GRAPES区域模式,并将其用于上游点和非线性项的时间外插计算。对线性项采用二阶精度的非中央权重时间平均,并取等温参考大气的温度大于实际大气平均温度... 将两时间层稳定外插方案(Stable Extrapolation Two-Time-Level Scheme,SETTLS)引入GRAPES区域模式,并将其用于上游点和非线性项的时间外插计算。对线性项采用二阶精度的非中央权重时间平均,并取等温参考大气的温度大于实际大气平均温度,以保证半隐式积分方案的稳定性。原GRAPES时间积分方案对线性项做一阶非中央权重时间平均,对参考大气的选择并无限制,而为保证稳定性,须取较大的非中央权重系数,但非中央权重系数会对低波数波动产生较强的衰减作用。理想试验结果表明,相比原GRAPES半隐式半拉格朗日(SISL)时间积分方案,新SISL时间积分方案计算稳定且对波动的衰减作用较弱。 展开更多

关键词 两时间层稳定外插方案(SETTLS) 半隐式半拉格朗日(SISL)时间积分 上游点计算 衰减作用 参考大气温度

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隐式时间积分方法的拟动力实验 被引量：6

3

作者 邱法维 《世界地震工程》 CSCD 1995年第3期44-48,共5页

本文介绍了采用隐式时间积分方法实现的拟动力实验。目前拟动力实验中所用的时间积分方法是显式条件稳定的,所以时间步长Δt的选择受到试件刚度和自由度的限制,对于刚度大自由度很多的试件需采用很小的Δt,而Δt太小将造成实验累积误差... 本文介绍了采用隐式时间积分方法实现的拟动力实验。目前拟动力实验中所用的时间积分方法是显式条件稳定的,所以时间步长Δt的选择受到试件刚度和自由度的限制,对于刚度大自由度很多的试件需采用很小的Δt,而Δt太小将造成实验累积误差增大,实验结果失真。隐式时间积分方法是无条件稳定的,Δt的选择不受试件特性的限制,可以比显式算法的稳定极限大很多,从而拓宽了拟动力的应用范围。 展开更多

关键词 隐式时间 积分方法 抗震结构 拟动力实验

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基于Newmark隐式时间积分方案的裂纹动态扩展的数值计算方法 被引量：2

4

作者 郭德平 李铮 +2 位作者 彭森林 曾志凯 吴岱峰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期689-697,共9页

扩展有限单元法(XFEM)是基于单位分解的思想,在常规有限元的位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,避免了常规有限单元法计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新划分网格的不便以及繁重的计算量,并且... 扩展有限单元法(XFEM)是基于单位分解的思想,在常规有限元的位移模式中加入能够反映裂纹面不连续性的跳跃函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,避免了常规有限单元法计算断裂问题时需要对裂纹尖端重新划分网格的不便以及繁重的计算量,并且裂纹的扩展独立于网格.标准有限元在处理时间积分时,在裂纹不断扩展的过程中整体刚度矩阵的自由度也会不断地增大,从而导致迭代计算无法进行.本文基于扩展有限单元法模拟动态裂纹扩展的方法,提出了新的Newmark隐式时间积分方案.此方法将所有节点都富集Heaviside函数和裂纹尖端的渐近位移场函数,即每个节点都有12个自由度,从而使得总体刚度矩阵式保持一致,避免迭代计算无法进行.同时,提出了一种稀疏矩阵技术来解决矩阵所占内存大和计算时间长的问题. 展开更多

关键词 扩展有限元 动态裂纹 Newmark隐式时间积分 稀疏矩阵技术

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三维Euler方程的隐式间断有限元算法 被引量：1

5

作者 段治健 张童 +1 位作者 秦梦梅 马欣荣 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2019年第6期1665-1667,1672,共4页

为了求解三维欧拉方程,对隐式时间离散格式间断有限元方法进行了研究。根据间断Galerkin有限元方法思想,构造内迭代SOR-LU-SGS隐式时间离散格式,结合当地时间步长技术、多重网格方法,实现了三维流场的计算。数值计算了ONERAM6机翼、大... 为了求解三维欧拉方程,对隐式时间离散格式间断有限元方法进行了研究。根据间断Galerkin有限元方法思想,构造内迭代SOR-LU-SGS隐式时间离散格式,结合当地时间步长技术、多重网格方法,实现了三维流场的计算。数值计算了ONERAM6机翼、大攻角尖前缘三角翼以及DLR-F4翼身组合体的亚声速绕流问题。结果表明,加入SOR内迭代步的LU-SGS隐式算法具有较大的优势,相较于GMRES算法所占用的内存少且收敛速度相当,是LU-SGS算法的三倍以上。针对三维算例,具有较好的稳定性和较高的收敛速度,能够给出准确的流场信息。与原方法相比,SOR-LU-SGS方法无论是在迭代步数上还是在CPU时间上,效率均有明显提高,适合于三维复杂流场计算。 展开更多

关键词 EULER方程 隐式时间离散算法 lu-sgs格式 GMRES格式

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牵引火炮非线性有限元隐式动力学分析 被引量：6

6

作者 王虎 顾克秋 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期462-466,共5页

研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型,运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程,获得了炮架关... 研究牵引火炮全发射过程非线性结构动力学有限元建模和分析中的关键问题。建立了某牵引火炮含身管与摇架导轨之间大位移滑动接触的非线性结构动力学有限元模型,运用隐式时间积分动力学方法模拟了该炮发射的后坐一复进过程,获得了炮架关键部位应力、应变和位移的瞬态响应,计算结果与实验测试结果基本一致。研究表明:该文的建模原理和数值模拟策略突破了火炮全发射过程总体结构动态应力分析的瓶颈。利用该文方法可以进一步研究火炮发射时的动态刚强度、冲击振动、结构动态稳定性等问题。 展开更多

关键词 牵引榴弹炮 非线性结构动力学 全发射过程 有限元 大位移滑动接触 隐式时间积分 动态应力应变

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利用时域电场积分方程分析天线辐射问题 被引量：5

7

作者 王生水 毛钧杰 +2 位作者 姜永金 柴舜连 陈忠宽 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期837-841,共5页

研究了基于矩量法和RWG三角基函数的隐式电场积分方程的时域算法,引入了一种激励源的时域设置方法。利用直接在时域加激励源的方法来分析天线辐射问题,所得时域数据经傅立叶变换可得到很宽频带的频域数据,与在频域逐个频点求解相比大大... 研究了基于矩量法和RWG三角基函数的隐式电场积分方程的时域算法,引入了一种激励源的时域设置方法。利用直接在时域加激励源的方法来分析天线辐射问题,所得时域数据经傅立叶变换可得到很宽频带的频域数据,与在频域逐个频点求解相比大大节省了计算时间。通过对几种典型天线的分析计算,验证了方法的正确性和算法的稳定性。 展开更多

关键词 矩量法 时域电场积分方程 隐式时间步进算法

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一种改进稳定性的时域电场积分方程法 被引量：10

8

作者 唐煜 顾长青 《微波学报》 CSCD 北大核心 2008年第4期31-35,共5页

研究了时域电场积分方程隐式MOT算法中时间基函数对其稳定性的影响,由理论分析和数值结果得出了选用高频分量较少的时间基函数不利于隐式MOT算法稳定性的结论。在此基础上,将一种多项式时间基函数与新的时间平均方法相结合,提出了一种... 研究了时域电场积分方程隐式MOT算法中时间基函数对其稳定性的影响,由理论分析和数值结果得出了选用高频分量较少的时间基函数不利于隐式MOT算法稳定性的结论。在此基础上,将一种多项式时间基函数与新的时间平均方法相结合,提出了一种改进稳定性的隐式MOT算法,计算实例表明比先五步后三步平均法更加精确,比以前的隐式MOT算法更加稳定。 展开更多

关键词 时域电场积分方程 隐式时间步进算法 时间基函数 平均方法

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利用时域积分方程分析散射问题的稳定求解

9

作者 王生水 陈忠宽 +1 位作者 柴舜连 毛钧杰 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2007年第10期1603-1606,共4页

针对时域电场积分方程存在的晚时震荡问题,介绍了当前常用的隐式算法,并对这一算法的两种不同实现方法:后向差分和中心差分,进行了论述。应用两种方法分析了任意形状三维导体目标的时域散射,与显式算法和频域经逆傅里叶变换得到的数据... 针对时域电场积分方程存在的晚时震荡问题,介绍了当前常用的隐式算法,并对这一算法的两种不同实现方法:后向差分和中心差分,进行了论述。应用两种方法分析了任意形状三维导体目标的时域散射,与显式算法和频域经逆傅里叶变换得到的数据作比较,结果表明,中心差方法在改善晚时震荡问题方面优于后向差分方法和显式算法;应用中心差分方法计算了半波长振子天线的相关电参数,所得结果与文献结果具有较好的一致性。 展开更多

关键词 矩量法 时域电场积分方程 时间步进算法 显式算法 隐式算法

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柔性多体系统动力学典型数值积分方法的比较研究 被引量：3

10

作者 郭晛 章定国 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期726-733,共8页

为合理选用积分方法,对柔性多体系统动力学中8种典型的数值积分方法的性能进行了比较研究。以中心刚体-柔性悬臂梁系统为研究对象,运用第二类拉格朗日方程建立系统高次耦合动力学模型。采用8种典型的数值积分方法对方程进行求解,比较了... 为合理选用积分方法,对柔性多体系统动力学中8种典型的数值积分方法的性能进行了比较研究。以中心刚体-柔性悬臂梁系统为研究对象,运用第二类拉格朗日方程建立系统高次耦合动力学模型。采用8种典型的数值积分方法对方程进行求解,比较了计算效率、数值精度等。结果表明:显式方法较隐式方法更依赖于时间步长的选取;在同等时间步长下,隐式方法的计算效率低于显式方法,隐式方法可以通过放大时间步长提高计算效率;自启动自动变步长且自动变阶的吉尔(Gear)法计算效率高且其更合适于计算广义质量阵为常元素阵的动力学方程;希尔伯特-修斯-泰勒(HHT)法、广义-α法可以通过放大时间步长提高计算效率,但计算精度降低。 展开更多

关键词 柔性多体系统 动力学 数值积分 中心刚体-柔性悬臂梁系统 第二类拉格朗日方程 显式方法 隐式方法 时间步长 广义质量阵

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系数优化在改善时间步进算法稳定性中的应用

11

作者 刘磊承 陈明生 吴先良 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1358-1360,1364,共4页

隐式时间步进算法在求解二维物体的散射时,随着时间的推移,也会出现后时不稳定性的问题。文章在先五步后三步平均公式的基础上利用误差公式对系数进行筛选,改善了原公式在隐式时间步进算法中计算二维物体时产生的后时震荡情况;采用基于... 隐式时间步进算法在求解二维物体的散射时,随着时间的推移,也会出现后时不稳定性的问题。文章在先五步后三步平均公式的基础上利用误差公式对系数进行筛选,改善了原公式在隐式时间步进算法中计算二维物体时产生的后时震荡情况;采用基于时域电场积分方程的隐式时间步进算法,分别计算了TM高斯脉冲入射到无限长导体圆柱和导体方柱时的导体表面感应电流。数值计算结果表明所提出的方案有效地改善了后时不稳定的发生,提高了后时的稳定性。 展开更多

关键词 时域电场积分方程 隐式时间步进算法 不稳定性

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二维时域电场积分方程新平均稳定法

12

作者 张诚 罗伟 吴先良 《现代电子技术》 2010年第4期174-176,186,共4页

对二维理想金属导体柱的时域电场积分方程(TDEFIE)后期振荡问题提出了一种新的时间平均方法,此方法用前一时刻和后一时刻的值来修正当前时刻的电流值,消除了振荡,而且相对以往的平均方法提高了MOT算法的稳定性,对精度的影响很小。这里... 对二维理想金属导体柱的时域电场积分方程(TDEFIE)后期振荡问题提出了一种新的时间平均方法,此方法用前一时刻和后一时刻的值来修正当前时刻的电流值,消除了振荡,而且相对以往的平均方法提高了MOT算法的稳定性,对精度的影响很小。这里采用电场积分方程(EFIE)MOT算法的隐式格式(Implicit),在TM,TE高斯平面波激励情况下分别计算了两个例子:圆柱和方柱。又采用一种新的时间基函数BLIFs来结合新的时间平均法,取得了很好的效果。经过Mat-lab软件的数值分析,可以看出此时间平均法更加稳定和精确。 展开更多

关键词 时域电场积分方程 时间平均法 隐式算法 时间步进算法

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超声速进气道可压及不可压流动数值模拟 被引量：2

13

作者 陈兵 徐旭 蔡国飙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期31-35,45,共6页

采用Chio-Merkle预处理矩阵对可压NS(Navier-Stokes)方程组进行时间预处理,分析了预处理方法的物理和数学背景.用有限体积方法,结合LU-SGS(Lower-Upper-Symmet-ric-Gauss-Seidel)隐式时间积分和AUSM+(P)(Precondition Advection Upstrea... 采用Chio-Merkle预处理矩阵对可压NS(Navier-Stokes)方程组进行时间预处理,分析了预处理方法的物理和数学背景.用有限体积方法,结合LU-SGS(Lower-Upper-Symmet-ric-Gauss-Seidel)隐式时间积分和AUSM+(P)(Precondition Advection Upstream Splitting Method)格式、中心差分2种空间离散格式,求解该预处理NS方程组.通过圆弧凸包流动和二维方腔顶盖驱动流动的数值试验表明,该方法克服了传统时间迭代方法模拟低速流动时的刚性问题,加速了收敛过程,可以同时有效地模拟可压及不可压流动.用此方法与块结构化网格技术相结合,进行了在不同飞行马赫数、攻角和出口反压条件下,混压式轴对称超声速进气道三维流场数值模拟.计算结果表明:该方法能准确地捕获复杂激波系,清楚地揭示进气道三维流动现象;进气道性能随工作条件的变化规律,与理论分析一致. 展开更多

关键词 超声速进气道 预处理方法 lu-sgs隐式时间积分 AUSM+(P)格式

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深圳地铁地震反应分析 被引量：20

14

作者 高峰 关宝树 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第4期555-559,共5页

根据深圳地铁抗震设计需要，对深圳地铁的３种典型断面，采用释放荷载方法进行了平面有限元静力计算，确定初始应力场；采用子空间迭代法进行了振型计算，确定合理的积分步长。在此基础上，运用Ｎｅｗｍａｒｋ隐式时间积分法对地铁的３... 根据深圳地铁抗震设计需要，对深圳地铁的３种典型断面，采用释放荷载方法进行了平面有限元静力计算，确定初始应力场；采用子空间迭代法进行了振型计算，确定合理的积分步长。在此基础上，运用Ｎｅｗｍａｒｋ隐式时间积分法对地铁的３种典型断面进行了地震反应分析，确定了在地震荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相应的位移和应力。计算结果为深圳地铁的抗震设计提供了依据。 展开更多

关键词 地下铁道 结构动力分析 有限元 衬砌结构 地震反应分析 Newmark隐式时间积分法

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求解IETD问题的CFIE方程之比较

15

作者 王生水 陈忠宽 +1 位作者 柴舜连 毛钧杰 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2007年第10期20-22,共3页

针对基于矩量法的积分方程时域求解存在的晚时震荡问题,分析两种稳定求解时域积分方程的混合场积分方程方法:隐式时间步进算法的混合场积分方程和基于拉盖尔多项式阶数步进算法的混合场积分方程。计算了目标的时域散射场和单站雷达散射... 针对基于矩量法的积分方程时域求解存在的晚时震荡问题,分析两种稳定求解时域积分方程的混合场积分方程方法:隐式时间步进算法的混合场积分方程和基于拉盖尔多项式阶数步进算法的混合场积分方程。计算了目标的时域散射场和单站雷达散射截面,两种方法求得的结果吻合较好,表明两种方法解决时域积分方程晚时震荡问题的有效性。 展开更多

关键词 雷达散射截面 时域积分方程 混合场积分方程 隐式算法 时间步进 阶数步进 拉盖尔多项式

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三维弹性动力学的改进的无单元Galerkin方法 被引量：5

16

作者 魏庆节 彭妙娟 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期22-27,250,共7页

基于改进的移动最小二乘法建立三维弹性动力学问题的形函数,结合三维弹性动力学的Galerkin积分弱形式,采用罚函数法施加位移边界条件,并引入隐式时间积分,建立了三维弹性动力学的改进的无单元Galerkin方法。该方法由于引入了改进的移动... 基于改进的移动最小二乘法建立三维弹性动力学问题的形函数,结合三维弹性动力学的Galerkin积分弱形式,采用罚函数法施加位移边界条件,并引入隐式时间积分,建立了三维弹性动力学的改进的无单元Galerkin方法。该方法由于引入了改进的移动最小二乘法,避免了病态或奇异方程,在保证计算精度的同时提高了传统的无单元Galerkin方法的计算效率。最后通过数值算例对收敛性进行了分析,并证明了该方法比传统的无单元Galerkin方法计算效率提高了15%。 展开更多

关键词 改进的移动最小二乘法 改进的无单元Galerkin方法 隐式时间积分 弹性动力学

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基于修正对称和反对称分解的三维数值流形元法应用推广 被引量：1

17

作者 柯锦福 王水林 +1 位作者 郑宏 杨永涛 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期695-706,共12页

详细地介绍了基于修正对称和反对称分解(MSAD)的三维数值流形元法,并提出一个针对三维数值流形元法(3D NMM)中应用罚函数法施加位移约束和材料边界条件时罚系数的选取公式。在基于MSAD的三维数值流形元法中,引入了Bathe隐式时间积分方案... 详细地介绍了基于修正对称和反对称分解(MSAD)的三维数值流形元法,并提出一个针对三维数值流形元法(3D NMM)中应用罚函数法施加位移约束和材料边界条件时罚系数的选取公式。在基于MSAD的三维数值流形元法中,引入了Bathe隐式时间积分方案,编写了基于统一强度理论和非关联流动法则的理想塑性本构模型,实现了三维弹塑性开挖问题模拟。将基于MSAD的三维数值流形元法应用到非线性动力学研究中,案例研究结果表明:Bathe隐式时间积分方案和基于MSAD的三维数值流形元法在处理大转动和长持续时间的非线性动力学问题时能够很好地保障模拟结果的稳定性,同时保证守恒体系动能和角动量的守恒。再次验证了MSAD理论,在模拟大转动问题时,MSAD具有很好的稳定性和较高的计算精度,能够合理地从变形梯度增量中分离出转动和应变,精确地更新转动应力,而不会产生错误体积膨胀问题。 展开更多

关键词 修正对称和反对称分解(MSAD) 三维数值流形元法(3D NMM) 非线性动力学 Bathe隐式时间积分 罚系数选取公式 三维弹塑性开挖

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