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Newmark方法在天体运行的DDA数值模拟中的应用
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作者 周泽钦 喻勇 《大学物理》 2025年第7期18-24,共7页
非连续变形分析(DDA)方法平行于有限元方法,是一种针对离散块体系统变形、运动分析进行求解的数值积分方法.在将DDA方法应用与天体运行模拟的过程中,采用常加速度时间积分方案进行长时间模拟会累积产生误差,本文将Newmark积分方案中的... 非连续变形分析(DDA)方法平行于有限元方法,是一种针对离散块体系统变形、运动分析进行求解的数值积分方法.在将DDA方法应用与天体运行模拟的过程中,采用常加速度时间积分方案进行长时间模拟会累积产生误差,本文将Newmark积分方案中的线性加速度法以及平均加速度法用于天体运行的DDA数值模拟,并将结果与虚拟天文馆软件Stellarium的数据进行比对,改进后的DDA方法天体模拟过程中实现了误差的减少,验证了改进后的DDA方法在天体运行模拟的有效性和实用性. 展开更多
关键词 DDA 天体运行 数值模拟:newmark积分方案 日-地系统 日-地-月三体系统
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Newmark精细积分格式及其在地震反应分析中的应用 被引量:3
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作者 郭泽英 李青宁 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2007年第4期30-34,共5页
在Newmark精细直接积分法的基础上,应用高斯积分与精细指数运算,提出该方法的两种逐步积分格式。文中对两种积分格式的稳定性和精度进行了分析。经过分析比较,第1种逐步积分格式计算精度较高,其稳定性明显地满足算法稳定性分析的条件;而... 在Newmark精细直接积分法的基础上,应用高斯积分与精细指数运算,提出该方法的两种逐步积分格式。文中对两种积分格式的稳定性和精度进行了分析。经过分析比较,第1种逐步积分格式计算精度较高,其稳定性明显地满足算法稳定性分析的条件;而第2种积分格式计算精度相对较差,且是不稳定的。因此本文将第1种积分格式应用于结构的地震反应分析中。算例表明,该逐步积分格式对地震作用有很好的适应性。 展开更多
关键词 地震反应 newmark-精细直接积分法 逐步积分格式 稳定性分析
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The Stable Explicit Time Stepping Analysis with a New Enrichment Scheme by XFEM
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作者 Xue-cong Liu Qing Zhang Xiao-zhou Xia 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2017年第3期187-206,共20页
This paper focuses on the study of the stability of explicit time integration algorithm for dynamic problem by the Extended Finite Element Method(XFEM).A new enrichment scheme of crack tip is proposed within the frame... This paper focuses on the study of the stability of explicit time integration algorithm for dynamic problem by the Extended Finite Element Method(XFEM).A new enrichment scheme of crack tip is proposed within the framework of XFEM.Then the governing equations are derived and evolved into the discretized form.For dynamic problem,the lumped mass and the explicit time algorithm are applied.With different grid densities and different forms of Newmark scheme,the Dynamic Stress Intensity Factor(DSIF)is computed by using interaction integral approach to reflect the dynamic response.The effectiveness of the proposed scheme is demonstrated through the numerical examples,and the critical time stepping in different situations are listed and analyzed to illustrate the factors that affect the numerical stability. 展开更多
关键词 XFEM DSIF newmark scheme time stepping stability
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基于Newmark-β显式直接积分法的三塔斜拉桥非线性地震响应分析 被引量:4
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作者 喻明秋 祝兵 张斗龙 《西北地震学报》 CSCD 北大核心 2012年第3期245-249,263,共6页
三塔单索面斜拉桥在空间动力行为方面有其独特之处。以济南建邦黄河公路大桥为例,运用有限元方法建立桥梁的空间动力数值分析模型,构建结构特征方程,在频率范围1 600~0cps,频移为1cps基础上运用lanczos法解此方程获得结构空间动力特性... 三塔单索面斜拉桥在空间动力行为方面有其独特之处。以济南建邦黄河公路大桥为例,运用有限元方法建立桥梁的空间动力数值分析模型,构建结构特征方程,在频率范围1 600~0cps,频移为1cps基础上运用lanczos法解此方程获得结构空间动力特性;进而利用拟相对速度反应谱SV和拟绝对加速度反应谱SA之间的数学关系,在大量地震记录中选择与场地特征周期基本一致的波谱,对其峰值加速度和持续时间进行调整后直接输入动力数值模型;采用质量和刚度因子法计算结构各振型阻尼比,以恒载作用下结构受力状态作为初始状态,运用Newmark-β显式直接积分法迭代求解结构动力微分方程组,并取γ≥0.5且β≥γ/2以满足其无条件稳定;考虑恒载作用在地震发生过程中对结构产生的二阶效应,获得非线性地震响应数值解,并由此总结出该类桥型的地震响应一般规律。结果可为该类桥型的抗震设计提供参考。 展开更多
关键词 三塔单索面斜拉桥 动力特性 无条件稳定 二阶效应 newmark-β显式直接积分法
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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
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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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三维车辆-轨道耦合系统随机动力分析 被引量:9
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作者 张有为 赵岩 林家浩 《武汉理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2010年第9期331-334,共4页
提出了一种用于建立轨道结构三维有限元模型的广义单元,对定点和动点2种激励方式,采用虚拟激励法分别推导了高低、方向和水平3类轨道不平顺作用下三维车辆—轨道耦合系统动力响应的功率谱和标准差。在求解动点激励方式下耦合系统的响应... 提出了一种用于建立轨道结构三维有限元模型的广义单元,对定点和动点2种激励方式,采用虚拟激励法分别推导了高低、方向和水平3类轨道不平顺作用下三维车辆—轨道耦合系统动力响应的功率谱和标准差。在求解动点激励方式下耦合系统的响应时,运用Newmark方法的差分技巧将车辆的自由度凝聚到轨道上,并合理利用系数矩阵的稀疏性和周期性避免了时变系统等效刚度矩阵的重复生成。数值算例中,将文中方法和Monte-Carlo方法的计算结果进行了对比,验证了文章方法的正确性,并确定了2种激励方式的适用范围。 展开更多
关键词 三维车辆-轨道耦合 随机振动 虚拟激励法 自由度凝聚
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一种求解多体系统微分-代数方程的拉格朗日乘子方法 被引量:8
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作者 原亮明 王成国 +1 位作者 刘金朝 梁国平 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期51-54,共4页
本文给出了一种求解多体系统动力学微分 代数混合方程组 (DAES)的拉格朗日乘子方法。该法将时间按照Newmark差分格式进行离散化 ,位移约束方程 (完整约束 )按照泰勒级数展开 ,与动力学方程及速度约束方程 (非完整约束 )组合进行迭代求... 本文给出了一种求解多体系统动力学微分 代数混合方程组 (DAES)的拉格朗日乘子方法。该法将时间按照Newmark差分格式进行离散化 ,位移约束方程 (完整约束 )按照泰勒级数展开 ,与动力学方程及速度约束方程 (非完整约束 )组合进行迭代求解。求解中位移约束的满足保证了速度、加速度约束的自动满足 ,从而无须进行违约修正。由于该方法对约束方程没有特殊要求 ,而且无须进行违约修正 ,从而保证了该方法对于一般多体系统动力学微分 代数方程求解的稳定性和适用性。本文求解了多体系统动力学中的一个七杆机构标准考题[1] ,与文献 [1]中的结果及ADAMS/ 10 1的计算结果比较表明 。 展开更多
关键词 多体系统 动力学 微分-代数方程 拉格朗日乘子方法 newmark差分格式 隐式迭代 解法
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求解声波动方程的隐格式有限体积法 被引量:2
8
作者 宣领宽 龚京风 +1 位作者 张文平 袁兴军 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期145-149,共5页
为研究声传播问题,提出一种声波动方程的隐格式有限体积法,该方法将格点型有限体积法与Newmark格式相结合.模拟平面波的传播过程,对比分析隐格式有限体积法和文献中显格式有限体积法的精度、稳定性及计算消耗等方面的性能.数值结果表明... 为研究声传播问题,提出一种声波动方程的隐格式有限体积法,该方法将格点型有限体积法与Newmark格式相结合.模拟平面波的传播过程,对比分析隐格式有限体积法和文献中显格式有限体积法的精度、稳定性及计算消耗等方面的性能.数值结果表明:当λ/Δx≥10时,两种算法均能得到满足精度要求的解;采用无条件稳定的隐格式算法,当满足ω0Δt≤0.3时,预测声压的相对峰值误差<1%;当采用相同时间、空间步长时,隐格式算法精度高于显格式算法;隐格式算法对吸收边界的处理精度高于显格式算法,但对全反射边界的处理精度低于显格式算法;两种算法内存消耗比较接近,显格式算法的CPU耗时较少. 展开更多
关键词 有限体积法 差分格式 newmark格式 声波动方程 平面波
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框架结构主动控制最优时滞研究 被引量:2
9
作者 周星德 陈道政 杜成斌 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期246-249,共4页
在结构振动主动控制中,时滞的大小对结构控制能量和响应均产生影响。在允许时滞的范围内,把结构控制能量和响应作为目标函数,数值仿真发现目标函数随着时滞的变化呈现曲线状态,这说明存在最优时滞。在目标函数处理方面,考虑到控制能量... 在结构振动主动控制中,时滞的大小对结构控制能量和响应均产生影响。在允许时滞的范围内,把结构控制能量和响应作为目标函数,数值仿真发现目标函数随着时滞的变化呈现曲线状态,这说明存在最优时滞。在目标函数处理方面,考虑到控制能量和响应数量级不一致,本文采用了无量纲化处理。同时,考虑到地震波的随机性,本文还推导了含控制力的改进的随机Newmark方法。最后给出了一个计算实例。实例表明本文所提出的方法是有效的。 展开更多
关键词 框架结构 主动控制 最优时滞 随机newmark方法
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计算电磁学中的时域有限元方法稳定性分析 被引量:1
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作者 杨宏伟 刘梅林 何小祥 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期712-716,共5页
对计算电磁学中的时域有限元方法(TDFEM)迭代稳定性问题进行了分析,讨论了中心差分、前向差分、后向差分和Newmark差分四种不同时间步长离散格式的迭代收敛情况,及其对数值结果精度的影响,并作了对比。在此基础上,研究了Newmark方法中... 对计算电磁学中的时域有限元方法(TDFEM)迭代稳定性问题进行了分析,讨论了中心差分、前向差分、后向差分和Newmark差分四种不同时间步长离散格式的迭代收敛情况,及其对数值结果精度的影响,并作了对比。在此基础上,研究了Newmark方法中参数β的确定和时间步长的选择。数值结果表明:采用New-mark方法,TDFEM可以在较大时间步长和较少迭代步数情况下将数值误差控制在1%左右,从而验证了时域有限元方法中Newmark技术的精确性和高效性。 展开更多
关键词 时域有限元方法 差分格式 稳定性 newmark方法
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Second-order two-scale analysis and numerical algorithms for the hyperbolic–parabolic equations with rapidly oscillating coefficients
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作者 董灏 聂玉峰 +1 位作者 崔俊芝 武亚涛 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第9期40-53,共14页
We study the hyperbolic–parabolic equations with rapidly oscillating coefficients. The formal second-order two-scale asymptotic expansion solutions are constructed by the multiscale asymptotic analysis. In addition, ... We study the hyperbolic–parabolic equations with rapidly oscillating coefficients. The formal second-order two-scale asymptotic expansion solutions are constructed by the multiscale asymptotic analysis. In addition, we theoretically explain the importance of the second-order two-scale solution by the error analysis in the pointwise sense. The associated explicit convergence rates are also obtained. Then a second-order two-scale numerical method based on the Newmark scheme is presented to solve the equations. Finally, some numerical examples are used to verify the effectiveness and efficiency of the multiscale numerical algorithm we proposed. 展开更多
关键词 hyperbolic–parabolic equations rapidly oscillating coefficients second-order two-scale numerical method newmark scheme
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Hybrid High‑Order Methods for the Acoustic Wave Equation in the Time Domain
12
作者 Erik Burman Omar Duran Alexandre Ern 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2022年第2期597-633,共37页
We devise hybrid high-order(HHO)methods for the acoustic wave equation in the time domain.We frst consider the second-order formulation in time.Using the Newmark scheme for the temporal discretization,we show that the... We devise hybrid high-order(HHO)methods for the acoustic wave equation in the time domain.We frst consider the second-order formulation in time.Using the Newmark scheme for the temporal discretization,we show that the resulting HHO-Newmark scheme is energy-conservative,and this scheme is also amenable to static condensation at each time step.We then consider the formulation of the acoustic wave equation as a frst-order system together with singly-diagonally implicit and explicit Runge-Kutta(SDIRK and ERK)schemes.HHO-SDIRK schemes are amenable to static condensation at each time step.For HHO-ERK schemes,the use of the mixed-order formulation,where the polynomial degree of the cell unknowns is one order higher than that of the face unknowns,is key to beneft from the explicit structure of the scheme.Numerical results on test cases with analytical solutions show that the methods can deliver optimal convergence rates for smooth solutions of order O(hk+1)in the H1-norm and of order O(h^(k+2))in the L^(2)-norm.Moreover,test cases on wave propagation in heterogeneous media indicate the benefts of using high-order methods. 展开更多
关键词 Hybrid high-order methods Wave equation newmark scheme Runge-Kutta scheme
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