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非线性问题的研究方法

发布时间:2023-03-11 20:26:25

1. 研究非线性系统稳定性可应用哪些方法

非线性系统的稳定性判定与线性系统相似,都是利用李雅普诺夫方法,寻找适合李雅普诺夫负定的v函数来判断非线性系统是否能稳定在平衡点。
稳定在平衡点的非线性系统的相轨迹会逐渐趋近于平衡点,通常选择平衡点为原点。非线性系统的李雅普诺夫方法有很多种,比如芭芭拉定理、拉塞尔不变性原理等,具体判断系统是稳定还是渐进稳定,还是大范围稳定,就要利用相关的李雅普诺夫稳定性判定方法了。
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2. 非线性分析主要研究什么

从数学的角度展现处理非线性问题的基本理论、方法、技巧和结果,其目的是为数学专业及相关专业的研究生提供的一种理论,方便他们建模,内容包括拓扑度理论及其应用、凸分析与最优化、单调算子理论、变分与临界点理论、分支理论。

3. 非线性问题

1. 线性分析

外加载荷与系统的响应之间为线性关系。例如线性弹簧,结构的柔度阵(将刚度阵集成并求逆)只需计算一次。通过将新的载荷向量乘以刚度阵的逆,可得到结构对其它载荷情况的线性响应。

此外,结构对各种载荷情况的响应,可以用常数放大和/或相互叠加,以确定它对一种全新载荷情况的响应,所提供的新载荷情况是前面各种载荷的叠加(或相乘)。这种载荷的叠加原理假定所有的载荷情况采用了相同的边界条件。

2. 非线性分析

非线性结构问题是指结构的刚度随其变形而改变。所有的物理结果均是非线性的。线性分析只是一种近似,它对设计来说通常已经足够了。但是,对于许多结构包括加工过程的模拟(诸如锻造或者冲压)、碰撞分析以及橡胶部件的分析(诸如轮胎或者发动机支座),线性分析是不够的。一个简单例子就是具有非线性刚度响应的弹簧。

线性弹簧,刚度是常数

非线性弹簧,刚度不是常数

由于刚度依赖于位移,所以不能再用初始柔度乘以外加载荷的方法来计算任意载荷时弹簧的位移。在非线性隐式分析中,结构的刚度阵在整个分析过程中必须进行许多次的生成和求逆,分析求解的成本比线性隐式分析昂贵得多。在显式分析中,非线性分析增加的成本是由于稳定时间增量减小而造成的。

非线性系统的响应不是所施加载荷的线性函数,因此不能通过叠加来获得不同载荷情况的解答。每种载荷情况都必须作为独立的分析进行定义和求解。

3. 非线性的来源

在结构的力学模拟中有三种:材料非线性、边界非线性(接触)、几何非线性。

(1) 材料非线性

大多数金属在低应变值时都具有良好的线性应力/应变关系;但是在高应变时材料发生屈服,此时材料的响应成为了非线性和不可恢复的。橡胶材料等也是一种非线性、可恢复(弹性)响应的材料。

材料的非线性也可能与应变以外的其它因素有关。应变率相关材料数据和材料失效都是材料非线性的形式。材料性质也可以是温度和其它预先定义的场变量的函数。

(2) 边界非线性

如果边界条件在分析过程中发生变化,就会产生边界非线性问题。悬臂梁随着施加的载荷产生挠曲。

梁端点在接触到障碍物以前,其竖向挠度与载荷成线性关系(如果挠度是小量)。当碰到障碍物时梁端点的边界条件发生了突然的变化,阻止了任何进一步的竖向挠度,因此梁的响应将不再是线性的。边界非线性是极度的不连续;当在模拟中发生接触时,结构中的响应在瞬时会发生很大的变化。

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