摩擦与粘性流体耗能器串联体系动力分析

采用粘性屈服模型来模拟摩擦耗能器的力－速度关系，建立了摩擦与粘性流体耗能器串联耗能体系的动力分析方法．为考虑框架杆件和支撑材料的几何非线性，采用增量型Ｒｏｓｅｎｂｒｏｃｋ二级三阶半隐式Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法求解动力方程．比较了仅有摩擦耗能器体系与串联组合耗能体系的减振效果，分析了粘性流体耗能器参数对组合耗能体系减振效果的影响。     

摩擦耗能框架体系动力分析

采用粘性屈服模型来模拟摩擦耗能器的力－速度关系。建立了带有摩擦耗能器体系的动力分析8方法，采用增量型Rosenbrock二阶三阶半隐式Runge-Kutta法求解动力方程，得到了带有摩擦耗能器单层框架在正弦波激励下反应的解析解，并据此验证粘性屈服模型及求解动力方程算法的正确性，分析了摩擦耗能器的起滑力和支撑刚度对耗能减振效果的影响。     

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Using neural networks for the derivation of Runge-Kutta-Nyström pairs for integration of orbits

In this paper we present Runge-Kutta-Nyström (RKN) pairs of orders 4(3) and 6(4). We choose a test orbit from the Kepler problem to integrate for a specific tolerance. Then we train the free parameters of the above RKN4(3) and RKN6(4) families to perform optimally. For that we form a neural network approach and minimize its objective function using a differential evolution optimization technique. Finally we observe that the produced pairs outperform standard pairs from the literature for Pleiades orbits and Kepler problem over a wide range of eccentricities and tolerances.     

基于快速行进迎风线性插值的微震定位算法研究

准确的微震定位方法是微震监测技术进行岩体稳定性分析的基础,而初至波走时计算方法是决定微震定位精度重要因素之一。引入一种由快速行进法(fast marching methods, FMM)与线性插值射线追踪法(LTI ray tracing)改进而来的线性插值算法,实现了在复杂岩体中相对准确的微震初至走时计算,并在均一速度模型和Marmousi模型中得到了验证。在此基础上,采用常微分方程数值算法中的单步高精度Runge-Kutta法,得到了震源点和传感器之间的射线路径,并在分层和带空洞的岩体模型中验证了其合理性。选取最小二乘法为目标函数,通过寻找目标函数值最小的方式来获得最优节点实现微震定位。在所建立的加入地下硐室的Marmousi岩体模型中,对于预设震源点的定位结果误差分别为1.41、1.00、2.83、1.41、1.41m,验证了所提方法在复杂岩体速度模型中能够实现较准确的微震定位,为进一步提高工程岩体的微震定位精度提供了新思路。     

起伏地表弹性波传播的间断Galerkin有限元数值模拟方法

间断Galerkin有限元法（DG-FEM）作为一种有效的高阶有限元法受到了国内外学者的广泛关注.本文基于任意高阶间断Galerkin有限元法对弹性波方程进行空间离散,并将离散后所得的非齐次线性常微分方程系统齐次化,最后结合针对齐次问题的强稳定性保持龙格库塔（SSP Runge-Kutta）算法,将DG-FEM推广至时间任意高阶精度.另外,借鉴近最佳匹配层（NPML）的思想,基于复频移（CFS）拉伸坐标变换推导了一种新的PML吸收边界条件（简称为CFS-NPML）,该CFS-NPML能够与DG-FEM算法很好地结合,形成有效的起伏地表地震波传播数值模拟技术.数值试验结果表明,DG-FEM具有高阶精度,可以适应任意复杂起伏地表和复杂构造情况下的弹性波传播数值模拟.同时,CFS-NPML对包括面波等震相的人为边界反射都具有良好的吸收效果.     

间断有限元方法的数值频散分析及其波场模拟

数值求解波动方程是大尺度正演波场模拟、基于波动方程的地震偏移和反演成像的关键.本文针对求解二维声波方程的Runge-Kutta 间断有限元（RKDG）方法的数值频散问题,从理论推导和数值分析的角度进行了深入研究,并将其与近似解析离散化方法（Optimal Nearly Analytic Discrete Method,简称ONAD 方法）、Lax-Wendroff 修正方法、交错网格（Staggered-Grid,简称SG）方法的数值频散进行了比较研究.结果表明：RKDG方法以及近似解析离散化方法在压制数值频散方面要好于上述其他方法,特别是空间精度为3阶的RKDG方法,即使当空间步长取波长的一半,即一个波长内取2个网格点时,最大的频散误差也不超过1.67%.同时,我们也通过波场模拟对比研究了不同数值方法的数值频散问题,进一步直观地验证了数值频散的理论分析结果.     

基于Hoek-Brown准则的隧洞围岩变形研究

由于在许多实际条件下,比如节理岩体中,线性的M-C准则不太适用,非线性的Hoek-Brown比较适用,因此,可以尝试使用这一非线性屈服准则对洞室变形进行研究。研究隧洞变形时,将围岩分为弹性区、应变软化区、塑性流动区。采用Hoek-Brown准则和非关联流动法则对洞室变形进行了理论推导;软化区域围岩参数随着塑性变形增加而变化,解析法难以求得应力,采用龙格－库塔方法进行数值计算,求解得到塑性软化区和流动区半径,并最终求得洞室变形。通过算例计算表明,在不考虑软化区和流动区时,方法和Carranza-Torres计算结果相差甚小;随着原岩应力的增加,膨胀角对洞室变形的影响增大。     

强震作用下超高桥墩动力稳定性理论研究

根据平截面假定,考虑超高桥墩大位移变形产生的几何非线性影响,建立超高桥墩的振动控制微分方程,利用变步长的龙格-库塔法进行求解,结合B-R运动判定准则,对超高桥墩在地震作用下的动力失稳机理进行研究。理论分析表明,超高桥墩的动力失稳与桥墩的几何尺寸、质量分布、边界条件有密切关系;桥墩动力失稳时刻随地震波加速度峰值的增大而减小;失稳时刻与失稳加速度荷载有对应关系。算例结果表明:本文方法正确,利用本文理论能够准确计算超高桥墩的失稳时刻及失稳加速度,对超高桥墩动力失稳的理论分析及工程实践有重要指导意义。     

Numerical integration methods for orbital motion

The present report compares Runge-Kutta, multistep and extrapolation methods for the numerical integration of ordinary differential equations and assesses their usefulness for orbit computations of solar system bodies or artificial satellites. The scope of earlier studies is extended by including various methods that have been developed only recently. Several performance tests reveal that modern single- and multistep methods can be similarly efficient over a wide range of eccentricities. Multistep methods are still preferable, however, for ephemeris predictions with a large number of dense output points.