一种非线性规划的求解方法与燃气发生器的设计

阐述了一种新的非线性规划的求解方法。即对每个参变量在其可能变化区间内，按照特定的步长依次代入约束方程来观察是否满足约束条件，从而求得若干组可行解。变量变化的步长通过非线性方程组各个方程在近似结点的全微分的分析获得。步长的确定是本方法的关键。文中并示范性列举了本方法在燃气发生器设计中的作用。     

热力系统中分布参数对象的数值─解析混合仿真方法

以热力系统中常见的管式换热器为对象，建立了包括质量、动量和能量平衡方程的集中参数数学模型，通过一系列的数值简化和处理，获得了能量方程的解析解，并发现此解的精度对时间步长的大小不很敏感。利用这一特性，本文提出了数值—解析混合仿真方法，采用多段集中参数模型同时选用较大的时间步长进行仿真。与非线性分布参数模型计算结果的对比表明，本仿真方法不仅具有较高的精度，同时也大大提高了计算速度，实现了仿真精度和实时性的统一。本方法对热力系统中分布参数对象的仿真具有重要意义。     

粘塑性材料结构的有限元分析方法

本文针对Ｗａｌｋｅｒ粘塑性本构方程,通过发展一自适应变步长积分算法,用户子程序的方法把该本构方程结合进了国际著名的非线性有限元软件ＡＢＡＱＵＳ,并进行了算例验证。它包括了四种单元类型,可考虑材料变形的率相关,加载的循环、非等温、变温等情况。适用于发动机热端部件非线性结构分析。     

基于变步长CFD/RBD方法的旋转弹轨迹仿真

采用变步长方法实现非定常Navier-Stokes方程和刚体六自由度运动方程的耦合求解,并对美国ARL旋转弹试验模型的飞行轨迹进行了仿真。旋转弹自由飞行过程中受到空气阻力作用,转速下降,气动力变化趋缓。因此轨迹仿真时先选取较小的时间步长,随着转速的下降逐渐增大步长,这样可以减少计算时间。刚体六自由度运动方程的数值求解采用变步长Adams预估校正法。将定步长和变步长两种方法应用于旋转弹实验模型轨迹仿真,并将计算得到的旋转弹空间位置、姿态角与试验结果进行了对比,结果显示:方法能较精确地仿真旋转弹飞行轨迹。在相同初始步长条件下,变步长方法较定步长方法计算时间减半;在相同计算时间条件下,变步长方法较定步长方法精度更高。     

直升机风挡及附属结构抗鸟撞性能分析

建立直升机前机身风挡及附属框架有限元模型,根据鸟体材料特性,建立了基于Lagrange元的鸟体有限元模型。考虑撞击风挡框架及玻璃中间部位两种工况,利用基于多学科的MD Nastran显式非线性方法,设置鸟体与撞击部位的接触方式及撞击时间,并求得撞击过程的时间步长,分析每个步长下风挡玻璃及附属结构的动态响应,绘制它们的最大应力及变形变化曲线,对比设计要求,最后得出:风挡玻璃及附属结构满足抗鸟撞设计要求。     

高度对金属橡胶材料力学性能的影响

根据以多孔材料理论为基础建立的非线性本构关系,通过对空心圆柱形金属橡胶材料做静态试验并对试验数据进行拟合,得到了非线性本构关系模型中各项系数与材料高度的变化关系,发现材料的高度越大,材料的非线性本构关系的各项系数的绝对值越大,从而实现了对由金属橡胶材料所组成的结构在密度和承载面积一定,高度发生变化情况下的非线性本构关系的预估。最后运用算例进行验证,说明运用金属橡胶材料非线性本构关系的各项系数和材料高度的关系式能准确地预估材料的非线性本构关系。     

基于飞机油箱模型形状特征的油量测量

在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法.此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征.实验结果表明:该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度.     

关于底部分离流的隐式算法

1.前言 用显式方法解Navier-Stokes方程组常受到稳定性对时间步长的限制,当把它用于计算高Reynolds数粘性流,即使是二维情况代价亦甚高。隐式类型方法遇到的一个主要困难是如何处理非线性对流项及压力项。计算表明用交替方向隐式算法结合对非线性项的拟线性化可以计算底部分离流场,这类方法比显式方法明显地加快了稳定过程,节省了较多机时。     

求解航空发动机非线性方程组的变步长牛顿法

详细分析了航空涡轮发动机部件共同工作的非线性方程组的求解收敛性问题,并对计算中常见的迭代不收敛问题的机理进行了研究总结。针对常见的不收敛问题,提出了以传统牛顿迭代法为基础的变步长牛顿法加以解决。采用变步长牛顿法后,对某型定几何单轴涡喷发动机进行了一系列的验证计算,计算结果表明计算收敛性得到较大幅度的改善。变步长牛顿法对改善发动机总体性能计算收敛性具有很好的参考价值。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

用隐-显法解超音速紊流流过凹角的分离流动

众所周知,用显式的差分格式对时间相关的N-S方程求数值解时,时间步长须受稳定性条件的限制,计算效率较低。特别是在紊流附面层中,近壁面的节点必须位于粘性底层内,网格间隔十分小,由此确定的计算步长亦十分小。因此,欲达到稳定状态的结果要耗费大量的机时。本计算在近壁面的法线方向上的细网格区采用了守恒的“delta”形式的隐式格式,而在其余地区及流向方向仍采用MacCormack的两步显式格式,从而提高了计算效率。为了减小非线性振荡,还采用了[2]所提出的开关函数,取得了很好的结果。     

密度变化时金属橡胶材料的非线性本构关系

以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立金属橡胶材料的非线性本构关系,对空心圆柱形金属橡胶材料的静态试验结果进行拟合,得到非线性本构关系模型中的各项系数与密度的变化关系式,从而实现对该材料在密度发生变化情况下的本构关系的预估。     

受地效影响飞机起飞着陆运动模型的参数辨识

利用基于最小模型误差法和线性不连续跳跃多重打靶法建立的非线性辨识法，辨识了飞机起飞着陆过程的非线性动态模型。对于包含复杂非线性项的动态系统，本方法可以从实际试验测量的系统非线性数据，确定飞机处于地面效应影响运动过程的系统模型，而不需要预先详细描述系统的非线性形式。算例表明该方法对于原始近似动态系统的状态估计是足够精确的。     

基于奇异值趋势分解和LS-SVR的航空发动机性能指数组合预测

发动机性能指数是衡量其性能优劣的重要指标之一。针对发动机性能指数具有非线性、非平稳的特征,引入多层次多尺度的思想,在此基础上提出一种基于奇异值趋势分解的组合预测方法。利用奇异值趋势分解提取原始数据的趋势项和波动项;以改进粒子群算法分别获取趋势项和波动项在最小二乘支持向量回归模型中的最佳参数组合(嵌入维数、延迟时间、惩罚因子、核参数),并引入回归移动的思想,在此基础上利用最佳的最小二乘支持向量回归模型进行预测。预测结果表明预测精度明显增加,计算时间也相对减少。提前预测步长在5步之内时,精度变化不大;步长超过10步,精度下降很快。与不同预测方法比较,证明了方法的有效性。      

跟踪问题最优控制律精细积分

构成有限时间最优跟踪系统的控制律需要求解 Riccati微分方程及外部控制输入向量满足的微分方程 ,前者是非线性矩阵微分方程 ,后者是变系数线性微分方程。在结构力学与最优控制的模拟理论基础上所发展的精细积分方法借鉴了计算结构力学中的算法 ,可以精确有效地求解这些微分方程。这种方法的特点之一在于步长幅度变化较大时 ,Riccati微分方程的数值解仍可以保持很高的精度 ,并且变系数线性微分方程的求解亦可纳入其体系而不必用通常的差分方法。本文介绍了用精细积分方法求解这些方程的过程 ,并给出了数值算例。     

高阶加权非线性格式的拟线性频谱分析方法研究

拟线性频谱特性分析方法,能够更加准确地给出非线性空间离散格式的频谱特性,已成为非线性格式性能评估的重要手段,但时间离散方法和计算点数等因素严重影响了该方法的预估精度和使用的方便性。为了剔除这些因素的影响,首先,通过理论推导获得了与时间离散无关的频谱表达式,解释了该式中各项的物理含义,并给出了推进时间步长对频谱计算结果的影响;其次,基于时间离散无关的拟线性频谱分析方法,分析了格式频谱特性曲线在某些点发生跳跃的主要原因是选取了不恰当的计算点数,并给出了一种计算点数选取方法,当计算点数超过某整数后,该方法可以有效地消除计算点数和初始相位变化对格式频谱特性所带来的影响。在此基础上,基于两个三阶精度WCNS格式,开展了它们的频谱特性和典型算例的数值模拟研究,结果表明,所发展的方法得到的拟线性频谱特性在定性上能够正确评价非线性空间离散格式特性,但定量上仍显不足。     

Godunov型显式大时间步长格式研究进展

综述了Godunov型显式大时间步长格式的研究进展。首先介绍了显式大时间步长格式的概念、分类和优势。然后重点阐述了Godunov型显式大时间步长格式的构造方法、高阶精度推广方法、多维问题推广方法和收敛特性、分辨率及计算效率等性能，展示了其在典型问题中的应用和验证。最后给出了Godunov型显式大时间步长格式研究进一步可能的发展方向。     

密度和形状因子变化时金属橡胶材料的本构关系

 以多孔材料理论为基础,干摩擦非线性理论为依据,并结合小曲梁模型建立了金属橡胶材料的非线性本构关系,通过对14种密度和形状因子都不同的空心圆柱形金属橡胶材料做力与位移关系试验,并对试验数据进行拟合,得到了非线性本构关系模型中的各项系数值、材料的密度、材料的形状因子三者之间的变化关系式。由该关系式可知,当材料的密度和形状因子同时发生变化时,已知一种金属橡胶材料的密度和形状因子,就可预估该材料的各项系数值,从而就可预估金属橡胶材料在密度和形状因子同时发生变化情况下的非线性本构关系。最后从14种试件以外取2种金属橡胶试件进行算例验证,证明所采用的预估金属橡胶材料在密度和形状因子同时发生变化时的非线性本构关系的方法是合理的、有效的。     

非线性系统的超临界Hopf分岔控制

介绍了基于微分几何法和线性二次型最优控制相结合的单输入单输出非线性系统控制器的设计方法以及结合wash-out-filter方法的2-维非线性系统的超临界Hopf分岔控制器的设计方法。利用这两种方法对仅有一个分岔点的非线性系统分别设计了超临界Hopf分岔控制器，并对这两种控制方案的本质进行了总结，同时对控制效果进行了仿真，仿真结果表明这两种控制方法均能保证系统在系统参数使可能的变化范围内渐近稳定。     

基于迭代反馈调参的伞翼飞行器无模型自适应控制方法研究

针对伞翼飞行器强非线性特点，本文使用基于数据驱动的控制方法——基于迭代反馈调参的无模型自适应控制方法（IFT-MFAC）设计伞翼飞行器控制系统，该方法在构建过程中仅利用系统的输入和输出数据，不需要构建动力学模型。本文首先介绍了无模型自适应控制方法（MFAC）的构建过程，并进行了简洁的稳定性分析，然后采用迭代反馈调参方法对无模型自适应控制方法的两个步长因子进行迭代调参。为验证该方法的控制效果，对IFT-MFAC与PID控制、主动抗干扰控制（ADRC）和MFAC进行了一系列仿真对比，结果显示，IFT-MFAC控制器在复杂环境下的控制效果更好，尤其是在随机扰动环境下对折线轨迹的跟踪效果。