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基于分形导数对非牛顿流体层流的数值研究 被引量:4
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作者 苏祥龙 许文祥 陈文 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期1020-1028,共9页
非牛顿流体具有复杂的流变特性,揭示该流变特性可以更加合理地指导非牛顿流体在工农业生产中的应用.经典的非牛顿流体本构模型往往形式复杂,仅能应用于某些特定的情况.分数阶导数模型具有参数少和形式简单的特点,己成功地应用于描述非... 非牛顿流体具有复杂的流变特性,揭示该流变特性可以更加合理地指导非牛顿流体在工农业生产中的应用.经典的非牛顿流体本构模型往往形式复杂,仅能应用于某些特定的情况.分数阶导数模型具有参数少和形式简单的特点,己成功地应用于描述非牛顿流体的运动.Hausdorff分形导数作为一个备选的建模方法,相比分数阶导数具有更简单的形式以及更高的计算效率.本文基于Hausdorff分形导数改进现有牛顿黏性模型,提出分形黏壶模型.通过研究分形黏壶在常应变率下表观黏度的变化情况,以及在加、卸载条件下的蠕变及恢复特性,发现分形黏壶模型适合于描述具有黏弹性的非牛顿流体(本文称之为分形流体).结合连续性方程及运动微分方程,推导出分形流体在平行板间层流的基本方程.按是否拖动上板和是否存在水平的压力梯度分为3种工况,分别用数值方法计算这3种工况下流速在板间的分布及其随时间变化的情况.通过分析不同工况下的流速分布,发现水平的压力梯度会改变流速随时间变化的形状,且会推迟流速到达稳定的时间.在水平压力梯度不存在的情况下,不同阶数的分形流体具有相同的流速分布或是演变过程.另外,在水平压力梯度存在的情况下,上板速度不影响不同阶数分形流体间稳定速度的差值. 展开更多
关键词 分形导数 非牛顿流体 分形流体 层流 表观黏度
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复杂介质中任意阶频率依赖耗散声波的分数阶导数模型 被引量:6
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作者 蔡伟 陈文 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期1265-1280,共16页
实验现象表明,声波在复杂介质中传播时,其衰减往往呈现频率的任意次幂律依赖现象.鉴于复杂介质的力学和物理性质的记忆性和长程相关性,频率幂律依赖的声波衰减现象难以用经典的声波方程描述,因为经典的阻尼波方程和近似热黏性波方程只... 实验现象表明,声波在复杂介质中传播时,其衰减往往呈现频率的任意次幂律依赖现象.鉴于复杂介质的力学和物理性质的记忆性和长程相关性,频率幂律依赖的声波衰减现象难以用经典的声波方程描述,因为经典的阻尼波方程和近似热黏性波方程只能分别描述与频率无关和频率二次方依赖的声衰减.近年来,带有分数阶导数项的声波方程已被成功用于描述这一声衰减现象.基于课题组对声波衰减分数阶导数建模的研究,对已有的分数阶导数声波方程的研究进展及获得的成果做一个系统的综述,重点讨论这些模型的力学本构、统计力学解释等.简述了软物质中声波传播的时间分数阶导数唯象模型和本构模型,空间分数阶导数唯象模型和本构模型,并深入讨论了各种模型之间的联系与区别:介绍了分数阶导数声波模型在多孔介质中的成功应用,该部分内容涉及了均匀和非均匀多孔介质,刚性固体骨架和可变形固体骨架多孔介质等;通过空间分数阶扩散方程与Levy稳定分布之间的联系,给出了频率幂律依赖指数的变化区间为[0,2]的统计力学解释.最后,讨论了声波传播耗散行为的分数阶导数建模领域仍然存在的问题,并对今后的研究方向进行了探讨和展望. 展开更多
关键词 复杂介质 分数阶导数 声波 衰减 幂律依赖
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基于Hausdorff分形导数Richards方程的土壤入渗率和水文模型类型 被引量:6
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作者 陈文 梁英杰 杨旭 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第1期77-82,共6页
基于Hausdorff(豪斯道夫)分形导数Richards方程,推导了土壤入渗率与时间的关系.该模型仅有两个参数,其中Hausdorff分形导数的阶数α能够表征水分在土壤中扩散环境的力学特征,刻画土壤结构的非均质性质,而土壤孔径分布指标λ决定了不同... 基于Hausdorff(豪斯道夫)分形导数Richards方程,推导了土壤入渗率与时间的关系.该模型仅有两个参数,其中Hausdorff分形导数的阶数α能够表征水分在土壤中扩散环境的力学特征,刻画土壤结构的非均质性质,而土壤孔径分布指标λ决定了不同水文模型的类型.通过两个算例,观察到当Hausdorff导数的分形维α≠1时,入渗率表现出一定的记忆性,即α的值越小,入渗率随时间的变化越慢,记忆性越强;且同时反映出水分入渗的扩散环境愈加偏离经典模型的理想状态.土壤孔径分布指标λ的值越小,土壤水分渗透的速率越慢,该参数是反映土壤渗流特征的一个基本指标. 展开更多
关键词 Hausdorff分形导数 RICHARDS方程 反常渗透 土壤入渗率 径流曲线数模型
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基于组合神经网络的时间分数阶扩散方程计算方法 被引量:4
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作者 王江 陈文 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2019年第7期741-750,共10页
该文首次采用一种组合神经网络的方法,求解了一维时间分数阶扩散方程.组合神经网络是由径向基函数(RBF)神经网络与幂激励前向神经网络相结合所构造出的一种新型网络结构.首先,利用该网络结构构造出符合时间分数阶扩散方程条件的数值求... 该文首次采用一种组合神经网络的方法,求解了一维时间分数阶扩散方程.组合神经网络是由径向基函数(RBF)神经网络与幂激励前向神经网络相结合所构造出的一种新型网络结构.首先,利用该网络结构构造出符合时间分数阶扩散方程条件的数值求解格式,同时设置误差函数,使原问题转化为求解误差函数极小值问题;然后,结合神经网络模型中的梯度下降学习算法进行循环迭代,从而获得神经网络的最优权值以及各项最优参数,最终得到问题的数值解.数值算例验证了该方法的可行性、有效性和数值精度.该文工作为时间分数阶扩散方程的求解开辟了一条新的途径. 展开更多
关键词 一维时间分数阶扩散方程 组合神经网络 误差函数 梯度下降学习算法
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一种选择工程随机载荷统计分布的累积剩余熵法 被引量:3
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作者 杨于 梁英杰 陈文 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第12期1343-1350,共8页
基于Lévy稳定分布,给出了一种选择工程随机载荷统计分布的累积剩余熵法.该方法采用候选分布估计载荷的累积分布和尾分布,并计算累积剩余熵,以及候选分布与真实分布的相对距离,相对距离越小表明候选分布越接近载荷的真实分布.结合... 基于Lévy稳定分布,给出了一种选择工程随机载荷统计分布的累积剩余熵法.该方法采用候选分布估计载荷的累积分布和尾分布,并计算累积剩余熵,以及候选分布与真实分布的相对距离,相对距离越小表明候选分布越接近载荷的真实分布.结合永济第二节制闸上下游水位工程实例,对提出的方法进行了验证.计算结果表明:与正态分布、极值Ⅰ型分布相比,Lévy稳定分布的精度最高,能够较好地刻画水位分布的拖尾性;累积剩余熵的相对距离表明Lévy稳定分布与实际分布之间的误差最小,因此,基于Lévy稳定分布的累积剩余熵是一种有效工程随机载荷统计分布的方法,保证了工程结构可靠度计算的准确性. 展开更多
关键词 Levy稳定分布 累积熵 累积剩余熵 随机载荷 可靠度
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