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[提交于 2025年8月10日
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标题: 谐波平衡-自动微分方法:一种开箱即用且高效的通用非线性动力学仿真求解器
标题: Harmonic balance-automatic differentiation method: an out-of-the-box and efficient solver for general nonlinear dynamics simulation
摘要: 谐波平衡-交替频域-时域(HB-AFT)方法被广泛用于非线性系统的动态响应分析。 然而,由于在牛顿-拉夫森迭代过程中需要手动推导雅可比矩阵,其在高维复杂系统中的应用受到限制,对于复杂的非线性,这些雅可比矩阵变得计算不可行或容易出错。 提出了一种谐波平衡-自动微分(HB-AD)方法,以解决这一限制,其中自动微分与谐波平衡框架相结合。 该方法通过利用自动微分来数值计算精确的雅可比矩阵,消除了所有手动推导,从而实现了对高维复杂非线性系统的通用且高效的分析。 实现中利用了先进的深度学习框架进行原生并行计算和CUDA加速,并将自动微分与弧长延续相结合,建立了一个开箱即用且高效计算架构。 用户只需提供系统的动力学方程,HB-AD便可自主追踪周期响应的完整图景——包括稳定/不稳定解分支。 对带有挤压油膜阻尼器(SFD)的转子系统的计算实验展示了HB-AD在处理具有自动雅可比计算的复杂非线性表达式方面的能力。 对于具有复杂轴承非线性的高维航空发动机转子-轴承-机匣系统,HB-AD的效率是传统HB-AFT的17倍,比Newmark方法快144倍。 HB-AD方法是计算力学和机器学习基本要素的协同融合,为高维工程系统的高保真动态表征提供了一个易于使用、通用且高效的平台。
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