基于人工黏性的二维激波小波多尺度数值计算

基于自适应小波配点法和人工黏性，构造了二维激波问题的小波数值计算格式。利用最细尺度的小波系数构造两组激波定位函数，分别用以控制两个正交方向人工黏性的大小和分布。对三类二维激波问题进行计算和验证，结果表明：自适应小波配点法利用小波阈值滤波删除变化平缓区域大量网格点，而保留变化急剧区域的网格点，比传统方法计算效率高，且分辨率越高，计算效率更高；利用最细层小波系数构建的幂函数形式的激波定位函数能准确判断激波位置和控制X、Y方向人工黏性的大小和分布，从而捕捉不同方向和不同强度的激波。     

基于小波尺度函数的WSK-SV算法 及其气动性能预测

提出了一种将小波的尺度函数与SV(support vector)算法相结合的WSK-SV(wavelet scaling kernel-support vector)新算法,并将Daubechies小波以及Shannon小波的尺度函数分别构成尺度核函数,而且分别作为SV算法中一个可容许的支持向量核函数使用.该算法充分利用了Daubechies小波函数的紧支集与正交等特点以及小波的MRA(multi-resolution analysis,多分辨分析),并注意了尺度核函数能够满足Mercer条件.该算法除了具有通常SVM(support vector machine)所具有的优点外,还具有很好的收敛性以及泛化能力,能够有效地提高学习与预测效率.典型算例选取了不同的小波尺度函数,数值计算表明:在一维、二维和三维问题中,这些小波的尺度函数均可以用于WSK-SV算法,进而显示了这个新算法的可行性与通用性.      

基于PSO-RWE的自适应小波阈值函数滚动轴承振动信号去噪方法

针对现有小波去噪方法存在阈值函数中未知参数选取依赖经验,导致去噪不充分或去噪后信号失真的问题。提出了一种基于相对小波熵(RWE)的粒子群优化(PSO)算法,用于小波阈值函数中未知参数的自适应寻优,达到滚动轴承振动信号自适应降噪目的。改进了一种含两未知参数的小波阈值函数;以相对小波熵为优化算法的适应度函数对未知参数进行自适应寻优,得到最优小波阈值函数;通过对模拟仿真信号和试验采集的滚动轴承振动信号进行分析。结果表明:优化后的小波去噪方法能够更好地将噪声从染噪信号中滤除,去噪后信号波形的平滑度更好,信噪比相较硬阈值去噪提高294%,而且保留了原始信号更多的细节特征,具有更好的去噪性能和应用实用价值。     

Legendre-Gauss拟谱法求解最优控制问题

 提出一种新的求解基于常微分方程(ODE)和微分代数方程(DAE)的最优控制问题的数值方法。本方法基于直接配置法,通过Legendre-Gauss拟谱法同时离散化状态变量和控制变量把最优控制问题转化为一个非线性规划问题。与传统的直接转换法相比,本方法具有精度高、计算量小、结构简单的特点,而且可以求解最优控制“多相”问题。数值结果表明,本方法是一种通用的精度较高的最优控制直接数值求解法,可用于求解ODE/DAE最优控制问题。     

基于小波分析的空间相关性风场模拟

根据标量过程AR模型生成空间相关性风场的思路,在文献[1,2]的基础上,进行了基于小波分析的空间相关性风场的模拟.在对风速时程做出合理的假定后,给出了由互不相关的随机过程生成具有给定相关特性随机过程的推导步骤.利用逆快速Fourier变换(IFFT)改进了通过Wiener-Khintchine公式由功率谱密度函数得到自相关函数的计算方法,使计算效率显著提高.对空间四点和大庆电视塔进行了空间相关性风场的模拟,通过统计参数与目标值的对比可以看出,本文方法具有较高的精度.     

基于小波神经网络辨识的PID神经MRAC研究

提出了一种基于小波神经网络辨识的PID神经网络模型参考自适应控制方法。该方法采用小波神经网络作为辨识器,PID神经网络作为控制器在线调节。由于小波变换具有良好的时频局部特性,神经网络具有强大的非线性映射能力,自学习、自适应等优势,采用规范正交的小波函数作为神经网络的基函数构成小波神经网络,该网络兼有小波函数的紧支性、波动性以及神经网络的非线性映射能力,自学习、自适应能力等优点,仿真结果表明用该方法构成的控制系统收敛速度快,逼近精度高,鲁棒性好,优于一般的BP网络控制。     

基于QSS的自适应多步校正算法及其在柔性航天器动力学中的应用

量化状态系统（QSS）算法是一种基于状态变量离散化的数值积分方法,该方法与基于时间离散的传统方法显著不同,QSS通过计算状态变量每次跃迁所需的时间来推进下一步的积分。在求解非刚性常微分方程时,QSS算法比传统算法更具优势,但它不适合求解刚性问题。为此提出一种基于QSS的自适应多步校正算法（AMCQSS）,该算法以QSS为基础、结合隐式多步法思想,在计算过程中可以自适应选择二步法或三步法,以有效提高求解刚性问题的精度和效率。通过对柔性航天器动力学的仿真求解,验证了算法的可行性。将该算法与ODE23tb、ODE15s、ODE45以及QSS等算法进行对比,结果表明AMCQSS算法既能保证求解的效率及精度,又具有较好的收敛性和稳定性。     

一种小波神经网络与遗传算法结合的优化方法

提出一种基于小波神经网络(简称WNN)与Pareto遗传算法相结合的优化方法,并用于内流的数值流场优化计算.小波神经网络由输入层、隐含层和输出层组成.在隐含层用Morlet小波母函数取代了误差反向传播(BP)神经网络中常用的Sigmoid激励函数.Pareto遗传算法具有很好的全局寻优能力和良好的优化效率,在通常情况下它总可以得到均匀分布的Pareto最优解集.典型算例表明:该算法快速、高效,能高精度的完成非线性函数的逼近与映射,其泛化能力很强.      

基于伴随方程的网格自适应及误差修正

基于流场方程的离散伴随优化理论和三维非结构网格,建立了网格自适应技术和目标函数误差修正方法。详细研究了用流动伴随变量进行目标函数的误差估计和修正技术,构造了适用于格心格式有限体积法的流场变量插值技术和网格单元剖分判据,初步实现了网格物面投影和空间单元优化,发展了适用于有限体积法的整套网格自适应方法。对NACA0012翼型和ONERA-M6机翼绕流进行了自适应数值模拟,并对升、阻力等目标函数进行了误差修正。数值结果表明,本文自适应方法能正确地捕捉到影响目标函数计算精度的敏感区域,网格自适应和误差修正两项技术显著提高了升、阻力等目标函数的计算精度。     

小波域的自适应波束形成算法

在分析传统自适应波束形成的基础上,首次提出了一种小波域的自适应波束形成算法。与通常的自适应波束形成算法相比,该算法利用小波变换对小波空间进行了分解,信号经小波变换自相关性会下降,收敛速度提高,同时在此分解过程中,根据信号与白噪声在不同尺度上的小波变换模极大值表现完全不同的特性进行信号的消噪。理论分析和仿真结果表明了该算法收敛速度较快,且计算量增加较少,易于实时实现,而且具有较好性能。同时仿真实验表明该算法收敛速度与小波基和尺度的选择有关,尺度越大收敛速度越快;对于同一小波基系列,小波基的正则性越好收敛速度越快。     

基于Heun法的模糊控制系统

针对有些常微分方程求解难且不易用图形直观观察的特点,根据求解常微分方程的Heun法构造了一种模糊控制系统以辨识由常微分方程所描述的系统。这种模糊控制系统在预测状态的同时也能够逼近系统微分方程中的函数。     

二次空气系统盘腔一维非定常计算方法

通过对盘腔结构的一维算法展开研究,提出适用于具有非标准结构、包含多个进出口的复杂盘腔的一维建模规则,并采用特征线法,实现盘腔结构的一维非定常流动与换热的计算,通过将广义的变截面、有摩擦、考虑对外热交换的盘腔一维可压缩非定常流动与换热的偏微分方程组转换为常微分方程组,进而获得盘腔内部沿流动方向压力、流量、温度等系统参数的特征线数值解,采用商业计算流体软件CFX对其进行验证.结果表明:所提出的盘腔建模与计算规则能够直观且准确地描述盘腔一维非定常流动及换热特征,仿真结果与CFX计算结果最大偏差约为9.4%,可应用于具有非标准结构的多接口复杂盘腔的模拟,可以作为二次空气系统盘腔结构一维非定常计算研究的有效手段.      

基于弧长参数的开边自由曲面构件上纤维均匀覆盖(英文)

This article uses arc-length parameters for path planning to carry out robotic fibre placement （RFP） over open-contoured structures This allows representing the initial path and offset points using an identical mathematical equation and computation by more simple arithmetic. With the help of classical differential geometry, the calculation of fiber-placing paths may be reduced to solution of initial-value problems of first-order ordinary differential equations in the parametric domain （parametrically defined mould surface） or in 3D space （an implicitly defined mould surface）, thereby significantly improving on the existing methods. Compared with the conventional methods, the proposed method, besides its computational simplicity, has a better error control mechanism in computing the initial path and offset points. Numerical experiments are also carried out to demonstrate the feasibility of the new method in composite forming processes and also its potential application in computer numerical control （CNC） machining, surface trim, and other industrial practices.     

蜂窝填充薄壁盒式梁的约束弯曲

在刚性剖面假设的基础上分析具有蜂窝芯材薄壁盒式梁约束弯曲问题。应用分离变量法,建立并求解了两个常微分支配方程。边界条件可以精确满足,同时,解答是用本征函数展开式表达的。剪力图是由三角级数表示的,并用于决定上述本征函数展开式的待定系数。计算结果给出了蒙皮正应力与剪应力以及蜂窝芯材剪应力沿翼弦和翼展的分布规律并显示了附加应力的衰减情况。     

Small perturbations on artificial satellites as an inverse problem

The geocentric motion of a satellite is mathematically simulated by a system of second order ordinary differential equations involving two perturbing functions. The first one represents the second term of the gravitational potential of the Earth and the second is due to the atmospheric drag. Assuming that the solutions of the differential equations and their first derivatives are known from measurements, a stepwise computation of the perturbations is made through a deterministic method. Two examples illustrate our method. In a real case our method should help to design an appropriate maneuver to correct the motion of a satellite.     

喷注壁面楔状流层流边界层速度与温度相似解

建立了壁面有喷注的楔状流层流边界层冷却数学模型,求解经相似变换得到的描述无量纲流函数和无量纲温度的常微分方程,获得了楔状流层流边界层无量纲速度和温度的相似解,给出了考虑壁面喷注边界条件的形式简洁、物理意义明确的无量纲流函数拟合式;用Runge-Kutta法求解无量纲速度与温度的常微分方程,获得了壁面有喷注的楔状流层流边界层无量纲速度和温度随楔形角、吹风参数、冷却介质温度的变化规律.通过计算0°,18°和36°楔形角的楔状流层流边界冷却速度与温度分布得到以下结论:楔状流速度边界层和温度边界层厚度都随楔形角的增大而变小,随着吹风参数的增大而增大;当冷却介质温度越低、吹风参数越小、楔形角越大时,靠近壁面处楔状流层流边界层内温度梯度越大.      

CFD技术在目标电磁特性计算中的应用

电磁学中麦克斯韦方程组和流体力学中无粘流动欧拉方程一样,都是具有实特征值的双曲型偏微分方程组,相同的数学特性使得计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得以应用。采用MUSCL格式结合Steger-Warming分裂计算电磁通量,采用4阶Runge-Kutta法计算非定常时间推进,借鉴CFD方法计算电磁场边界条件;采用时域有限体积法(FVTD)数值模拟宽带脉冲波、完全导电体、含吸波材料涂层介质/金属混合体以及复杂外形目标的电磁散射。结果表明:基于CFD的FVTD方法能够高精度地计算目标的电磁特性。     

跨声速机翼操纵面非定常气动力Euler方程计算

采用代数法与椭圆型方程优化相结合的结构生成方法为带操纵面F5机翼生成面对接块结构网格;弹性变形技术生成动态网格;有限体积法、双时间推进法求解非定常Euler方程.给出一种适于面对接块结构网格计算的守恒量插值方法.数值计算了F5机翼操纵面作简谐运动时的非定常气动力,计算值与试验值吻合较好.     

几何非线性机翼本征梁元素模型的高效化改进

 采用Hodges等提出的时间-空间离散化的几何精确非线性本征梁通用模型处理柔性机翼结构动力学问题时,当离散化的节点数增大时,该方法的未知数数量成倍地增长,而且方程组是严重病态的,因此数值模拟计算的速度非常缓慢。针对机翼中最常见的悬臂梁结构,根据空间离散化的边界条件,提出了空间缩聚法把空间离散差分方程缩聚为常系数矩阵格式,得到了只与时间相关的微分方程组,进一步推导得到了该方程组的雅可比矩阵,因而大大减少了方程组的数量以及求解过程的循环和迭代步数。采用Gear方法分别求解了原始的本征梁元素模型和本文提出的缩聚模型,结果表明空间缩聚模型在相同条件下可提高运算速度约5.1倍,而且对不同类型的外载荷都具有较好的通用性、稳定性和高效性。