横风下车辆-轨道耦合动力学性能

应用多体系统动力学理论,建立了车辆-轨道耦合动力学模型,利用新型显式积分法求解动力学方程组,利用赫兹非线性弹性接触理论计算轮轨法向力,利用沈氏理论计算轮轨蠕滑力,编写了车辆-轨道耦合动力学计算程序,研究了轨道结构对高速列车动力学性能的影响,分析了不同横风环境下高速列车动力学性能和列车姿态。研究结果表明：当列车运行速度为...     

车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法

应用车辆-轨道非线性耦合动力学模型,分析了采用解析方法的模态叠加法、有限元法的模态叠加法和有限元法的直接积分法求解车辆-轨道耦合动力学钢轨模型的计算精度与计算效率.选取Bernoulli-Euler梁或Rayleigh-Timoshenko梁模拟钢轨,采用不同类型单元离散钢轨模型,并利用显式积分方法求解车辆-轨道耦合动...     

大型结构动力分析的Newmark显式算法

本文基于结构动力分析中广泛采用的Newmark（隐式）积分方法，构造了一类显式积分格式，称之为“Newmark显式算法”与一般的显式法（如中心差分法）不同，该方法积分过程甚为简捷，只要其质量阵是对角阵或经对角化而不论阻尼阵如何复杂，积分中都无须求争线性代数议程组，这就大大节省了计算内存与时间，因而用于分析工程中大型非线性结构动力问题可以显著地提高计算效率与经济性，文中讨论了方法的精度与稳定性，给出了若干数值算例，并具体分析了二个工程应用实例。     

重载列车纵向冲动的快速分析方法

本文通过研究列车纵向冲动的机理及其特点,分析了各种非线性因素的 影响,并在此基础上提出了一种分析列车纵向冲动的快速计算方法。该 法运算速度可较通常的数值积分方法提高100倍以上,计算精度能够满 足工程上的需要,可在普通微机上实现列车运行的实时模拟。      

显式有限元法在车辆耐撞性研究中的应用

基于连续介质理论，通过建立车辆碰撞的控制方程，在此基础上得到与控制方程和边界条件等效的“弱积分”形式。通过空间和时间的显式离散，得到了车辆碰撞的有限元方程。采用动力显式积分方法，使位移计算显式化，避免了由材料、几何、边界高度非线性因素引起的计算收敛问题，并讨论了薄板单元的Courant稳定性条件。提出了“端部吸能结构纵向压缩变形、纵向吸能”的耐冲击结构设计的思路，并对算例进行了数值模拟。结果表明，该设计方法可以实现车辆结构自身被动安全保护的目的，显式有限元数值模拟方法是车辆耐撞性研究的有效方法之一，但是需要进行部分撞击试验，进一步修正模型后提高其分析精度。     

客车系统非线性横向稳定性的分叉方法研究

本文首先从理论上叙述了铁道车辆系统非线性蛇行运动稳定性的求解方法。通过研究车辆系统常微分布方程的一次近拟方程的雅可比矩阵的特征值，来确定系统的Ｈｏｐｆ分叉值即临界速度。系统分叉后的周期解则采用数值积分方法来求解。最后，本文对一高速客车系统的横向稳定性问题进行了分析计算。     

基于半模型的高速列车远场气动噪声计算方法

随着高速列车运行速度的提高，其气动噪声问题逐渐凸显，如何准确快速预测高速列车的远场气动噪声成为关键.利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程，推导了考虑半模型时的远场声学积分公式，提出通过半模型的数值计算结果预测全模型高速列车远场气动噪声的方法；建立了全模型和半模型高速列车的气动噪声数值计算模型，应用改进延迟的分离涡模拟方法对不同模型高速列车表面的气动噪声源进行求解；通过风洞试验进行了全模型高速列车的数值仿真计算方法验证；对比分析了全模型和半模型高速列车周围的流场结构、气动噪声源和远场气动噪声特性.结果表明：半模型高速列车数值计算得到的列车周围流场结构、气动噪声源以及远场气动噪声特性与全模型的一致；采用半模型计算会过高估计列车尾车流线型区域表面压力的波动程度和噪声源的辐射强度，但通过半模型预测整车模型的远场噪声平均声压级误差小于1 dBA；相比于全模型高速列车，半模型计算时的网格总量减少一半.     

偏微分方程在解决工程实际工作中的应用

在子域精细积分法的基础上 ,提出解偏微分方程的变网格差分精细积分法 ,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     

结构动力方程的2种精细时程积分

分析了增维精细时程积分和扩展精细时程积分2种方法在求解结构动力方程中的异同.在演变随机激 励为多项式、指数函数以及正弦/余弦(虚指数)函数组合的一般形式下,分别推导出了2种方法所对应的显式离 散递推表达式.结果表明:2种积分方法所对应的显式递推格式最终都转化为积分步长的多项式函数,并且在相 同泰勒级数展开项的条件下,扩展精细积分除包含增维精细积分的所有递推项外,还包含一些高阶小项,理论上 具有更高的精度;忽略高阶小项,2种方法尽管算法实现不同,离散递推格式完全一致;工程实例计算表明,二者 计算精度都可以达到10位以上有效数字,扩展精细积分计算时间较增维精细积分少一个数量级.      

风挡连接装置对列车动力学性能的影响

论述了各种风挡的动力学建模处理过程，结合单节客车动力学计算模型，以三节客车作为一个列车单元建立了列车动力学计算模型。通过求解描述列车系统的运动微分方程组，得出了列车蛇行运动稳定性、动态曲线通过性能及运行平稳性等方面的一系列数值仿真结果。计算结果表明，列车的失稳一般由尾车尾部转向架的蛇行失稳引起；列车的曲线通过性能随着曲线通过速度的提高、曲线半径的减小而迅速降低；中间车的运行平稳性明显优于头车和尾车；密接式风挡的运行平稳性最差，因此建议加装缓冲装置以提高装备密接式风挡动列车的动力学性能。     

非线性有限元分析与分叉问题数值方法

非线性有限元分析和分叉问题的数值方法研究是当今计算力学领域中受重视的研究方向之一。虽然在单元构造、非线性分析与分叉数值方法方面已有长足进展，但迄今为止，可以用于实际复杂结构分叉问题的方案还存在不少困难。本文对有限元的发展作了简要回顾，并介绍了一种有效的用于分叉计算的数值方法。文末以实际上常见的平面杆系结构为对象，给出一个实际可行的大变形分析包括分叉在内的方案。     

一类分数阶非线性微分方程组的显式算法

讨论了一类分数阶微分方程组的一种数值算法,根据Caputo导数的性质,将分数阶微分方程组转化为Volterra积分方程组,再利用求解普通积分方程的Adams技巧,建立了分数阶微分方程组的一种显式数值算法,证明了该算法的收敛性与稳定性,并给出了数值仿真实例,证实了算法的有效性.     

齿轮系统非线性动力学研究进展及展望

基于非线性系统的分析方法，综述了齿轮系统的非线性动力学研究概况，包括基于解析方法，数值方法，实验方法，以及考虑齿面摩擦和齿面故障的齿轮系统的非线性动力学研究。最后指出了若干可能的研究热点和方向，如带故障的齿轮系统非线性动力学行为研究，齿轮系统的振动控制研究，以及齿轮系统非线性动力学中的反问题研究等。     

非线性方程组求解的新方法

提出了一种求解非线性方程组的方法.将非线性方程组的求解问题转化为最优化问题,对经典BFGS变尺度法进行改进:采用高精度通用数值算法求解函数梯度,采用新的数值解析法进行一维探索,进而有效地提高了BFGS变尺度法的效率和程序通用性;对遗传算法进行了改进.将改进的BFGS变尺度法与改进的遗传算法进行混合杂交,得到一种全局优化算法,数值测试表明该算法是可靠的.     

非线性最小二乘问题数值迭代法的统一模型及其不适定性

通过综合归纳在路面模量反算和测量平差等领域中求解非线性最小二乘问题的各种数值迭代解法,建立了非线性最小二乘问题数值迭代法的统一模型．根据不适定问题理论,结合非线性最小二乘问题,定义了非线性最小二乘问题的两种不适定性,对产生这两种不适定问题的现象进行了分析,并给出了实例．结果表明,在NLS问题上使用各种数值迭代解法时,需考虑其迭代过程的不适定问题．     

M步Newton法的一种改进

在许多科学与工程计算问题中,需要求解非线性代数方程组.在诸多解法中,Newton迭代法及其变体M步Newton法是最主要、最常用的方法.通过对非线性方程组的迭代法引入Aitken加速技术,设计了一种非线性方程组的迭代解法的加速方法;将该方法与M步Newton法相结合,得到一种收敛速度快而且计算稳定的方法,并给出了具体算法;数值结果表明了新算法是有效的.此方法具有一定的广泛性,可以直接推广到许多已有的方法,如拟Newton法、M步离散Newton法及Brent方法等,均可在一定程度上改善这些方法的收敛速度和稳定性.     

Numerical Solution for Stiff Dynamic Equations of Flexible Multibody System

A nonlinear numerical integration method, based on forward and backward Euler integration methods, is proposed for solving the stiff dynamic equations of a flexible multibody system, which are transformed from the second order to the first order by adop- ring state variables. This method is of A0 stability and infinity stability. The numerical solutions violating the constraint equations are corrected by Blajer's modification approach. Simulation results of a slider-crank mechanism by the proposed method are in good a- greement with ones from other literature.     

Numerical Investigation of the Dynamics for Low Tension Marine Cables

This paper presents a numerical investigation into the dynamics of marine cables which are extensively used in offshore industry. In this numerical study, the Euler-Bernoulli beam model is adopted to develop the governing equations of the cable. Bending stiffness is considered to cope with the low tension problem in local area of towing cable, and thus a more accurate solution with the consideration of the axial elongation can be given.The derived strongly-coupled and nonlinear governing equations are solved by a second-order accurate, implicit,and large time step stable central finite difference method. The quadratically convergent Newton-Raphson iteration method is applied to solving the discrete nonlinear algebraic equations. Then a towed array sonar system(TASS)problem is studied. The numerical solutions agree reasonably well with the experimental data and the simulated results of the references. The specified program of the present paper shows great robustness with high efficiency.