基于计算扰动修正的Wilson-θ法稳定性和精度分析

摘要

Wilson-θ法作为一种隐式时域逐步积分方法,由于在迭代过程中不满足下一时刻的动力平衡方程,应用时会存在振幅衰减以及周期延长等问题,使得它在一些情况下难以得到准确解.针对该问题,本文基于计算扰动的概念,提出了一种改进的Wilson-θ法(Wilson-Newmark法),引入计算扰动的概念来量化Wilson-θ法中每一步中存在的计算误差,并利用Newmark-β的计算方法对得到的计算扰动进行再分配,使得改进后的计算方法可以同时满足动力学平衡方程和运动约束.为了考察Wilson-Newmark方法的适用性,对不同θ取值下该算法的稳定性进行了分析.此外,还从振幅衰减、周期延长以及超调3个方面对比了算法的精度.结合数值算例结果,可以认为该方法具有良好的稳定性,且与原始Wilson-θ法相比,该方法的计算精度有显著提高.