迭代第 i 次斜率的评估 - Newton-Raphson 方法

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2021-12-05 22:53:33

我想知道Ansys如何计算图中x1点的斜率(=刚度矩阵)。我正在研究存在非线性时 Ansys 使用 Newton-Raphson 方法的方式。

在幻灯片中有我们不知道实际曲线 Fx 的规范,因此我很难理解 Ansys 在 x1 处采用哪个斜率。

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2个回答

我不能专门代表 ANSYS,但牛顿方法中最受欢迎的家族之一是 Newton-Krylov 方法。在更高维度上,在这种情况下,必须使用雅可比矩阵或刚度矩阵来求解线性系统。基于 Krylov 的方法是牛顿方法的一种流行方法,因为 Krylov 方法实际上不需要您知道整个刚度矩阵,您只需能够计算刚度矩阵与向量的乘积。这可以用有限差分来近似,如下所示:

J(x)vF(x+hv)F(x)h,
在哪里J(x)是雅可比矩阵Fx. 这对这些求解器非常有用,因为通过使用 Krylov 方法来求解牛顿中的线性问题,您不必显式计算雅可比矩阵。

同样,这不是 ANSYS 特有的,但这是一种非常灵活的流行实现,可以容纳许多特定于问题的特性来提高性能。

所采用的斜率是模型中呈现的方程的线性化版本。线性化通常是通过去除非线性部分来实现的:而不是使用它们的微分表达式f(x)f(a)+f(a)(xa). 如图所示。那个差f(a)有问题的可以通过插值技术计算,这是一个单独的(复杂的)任务。然后你用通常的方法(线性代数方法)求解方程。然后在找到解决方案后,再次重新计算所有差异。等等。

但他们也使用令人困惑的词。即“力”。实际上使用了力,但在数值方法中,它是特殊的“力”,在优化算法中,不存在实际力。而现有的“精确”系统被具有移动“点”的微分系统所取代,例如所谓的“重球模型”。

如果他们正在解决优化问题,例如在系统中找到平衡点,那么不要将这些“力”误解为实际的机械力。

还要注意,在特殊应用中,不需要知道系统的稳定区域,而是了解该区域的边界。因此优化/非线性求解算法可以将“能量泵送”引入系统,以找出最大波动点。当然,它可能被选择(或可能不)类似于控制机械方程的实际牛顿定律。这种“泵送”也与实际物理学没有任何关系,而是一组源于动力系统理论的方法。