二体问题分析解法在多体问题数值精度改进中的应用

来源 :广西大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:UsherChen2431
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
传统算法由于引入人工耗散因素会在长期轨道积分中变得不可靠。基于Nacozy的流形改正思想,我们通过略微修改二体问题分析解公式来构造出一个新的流形改正算法。新方法与分析解的不同点在于计算偏近点角时不是通过迭代开普勒方程而是通过数值解计算得到的单位位置矢量与拉普拉斯矢量以及角动量矢量的几何关系共同确定。当系统存在摄动时,原本在二体问题中不变的五个轨道根数会随时间缓慢变化。通过联立积分不变关系以及运动方程得到的七个拟积分比通过位置和速度得到的对应值具有更高的精度。以积分不变关系给出的拟积分作为修正的参考值,新流形改正方法的实施便没有阻碍。我们分别在三个不同的拟开普勒问题模型中测试了新流形改正方法的数值表现。在一阶后牛顿修正的二体问题中,相比于基本积分器四阶龙格库塔方法(RK4),新方法较为明显地提高了除平近点角外其余五个缓慢变化的轨道根数的精度,而且将原本随时间的平方增长的平近点角误差以及位置误差抑制为线性增长,同Fukushima的方法表现一致。当采取不同光速大小以得到不同的后牛顿摄动强度时,我们采用的计算偏近点角的方法具有最好的数值表现。对于耗散二体问题,新流形改正方法的精度要优于基本积分器以及四阶隐式中点法,且计算效率也是最高的。新方法计算的位置误差随时间线性增长,这与四阶隐式中点方法(IM4)表现一致。在太阳系五体问题中,四阶龙格库塔方法作为一种人工耗散算法,在107年的积分中计算得到的木星的半长径、角动量z轴分量以及偏心率有明显的长期变化。然而,即使积分时间长达108年,经过M1修正后的这些轨道根数以及拟积分仍然保持在一有界范围。当采用的基本积分器为定步长的RKF5(6)时,新方法M1在轨道积分精度上要优于原算法以及二阶辛算法Wisdom-Holman(WH)方法。然而,在各个天体的位置误差增长斜率上M1小于RKF5(6)且大于WH方法。由于经过修正之后各个天体的位置和速度的精度有所提高,M1所计算的总能量以及总角动量误差仅为未修正解的万分之一。我们在本文提出一种针对受摄二体问题设计的流形改正方法新形式。该方法操作简单,适用于不同的单步长积分器,仅需要少量的额外计算时间。新方法可以处理不同摄动类型的受摄二体模型,无论它们保守系统或是耗散系统。
其他文献
学位
足三里,为"四总穴"及"马丹阳十二穴"之首列,一向被针灸医生和研究者所重视。为了使其在应用中发挥应有的作用,特做如下探讨,求正于同道。一、俞穴名称及代号穴名:足三里。源于《素问·针解篇》"所谓三里者,下膝三寸也"。
期刊
图的非正则指数不仅可以刻画图的非正则程度,而且它们作为分子结构描述符,可以反映化合物的物理化学性质和生物活性,进而在定量结构-性质关系(QSPR)和定量结构-活性关系(QSAR)的研究中有广泛的应用.本论文主要研究图的两类非正则指数—Albertson指数和非平衡indeg指数;它们分别定义为:(?),其中E(G)为图G的边集,du为图G中顶点u的度.这两类指数从不同的角度刻画了图的非正则程度,同
农村集体聚餐在我国历史悠久。我国的农村地区及城乡的结合部每逢婚丧嫁娶、添丁祝寿、升学搬迁、建房开业等红白事,都会举办有一定规模的集体聚餐,这个聚餐习俗一直延续到今天。在新形势下,经济快速发展,人民对于食品的要求从仅仅能果腹上升到了对食品品质安全有了一定的追求,自媒体的快速发展使得每个人都可以成为记者,每个人都可以对突发事件进行报道宣传,使得一旦发生食品安全事件便会以最快的速度发酵传播产生恶劣的影响
量子密钥分发是量子通信的重要分支,是量子力学与密码学结合的产物。量子密钥分发能够在两个远程用户之间共享安全的随机密钥,其安全性由量子力学基本原理保障。由于其可靠的安全性,量子密钥分发作为新一代的加密手段被广泛研究。经过多年发展,量子密钥分发已经完成安全性证明,在自由空间、光纤链路、水下通道甚至星地之间均已完成实验验证,并且已经开始逐步商业化。然而,量子密钥分发系统中,实际器件仍然存在潜在的安全性漏
无论是在科学领域还是在工业领域,非光滑动力系统都大量存在.由于非光滑动力系统的重要性与复杂性,越来越多的学者们开始研究该类系统.本文研究了三类非光滑动力系统,分别为一类具有两个不连续耦合的双非线性振动系统,一类二自由度非线性传送带系统以及一类二自由度刚性对碰系统.考虑到多重约束所带来的动力学的复杂性,本文在已有文献的基础上提出了一类含有两个不连续耦合的双非线性振子和两个非光滑约束的动力学模型,研究
光电探测器是一种可以将入射光信号转换为电信号的器件,它被广泛的应用到航空航天、光通信、环境监控和生物传感等诸多科学领域。近几年,有机-无机杂化钙钛矿尤其是最典型的MAPbI3展现出优异的光电特性。其高光吸收系数、高载流子迁移率和长载流子扩散长度等光电特性为高性能光电探测器的发展提供了广阔的前景。大量的研究也表明MAPbI3光电探测器拥有优异的探测能力。对光电探测器而言,最为基础的性能参数是外量子效
智能软体机器人是人类社会文明走上智能化道路的重要体现之一,机器人行业的发展能够给人们的生活、医疗、军事等方面带来各种便捷。在这之中,智能微型软体机器人的发展越来越受到人们的重视。软体微型机器人具有对外界冲击适应性强的特点,能在狭窄的空间和非结构化环境下完成复杂的任务。近年来有关于软体微型机器人的研究有以下几个特点:i)单种驱动模式;ii)极少涉及“腿”结构的研究;iii)缺少传感系统;vi)尚未与
随着社会压力的与日俱增,越来越多的上班族及学生群体长时间保持不良的姿态,长期保持异常姿态往往容易引发脊椎疾病和身体的慢性疲劳。可穿戴电子技术的引入及应用可实现对姿态异常的早期监测及干预治疗。人的肢体活动,不仅提供生物机械能,还包含丰富的运动信息,有效收集肢体运动的生物机械能,并结合可穿戴电子技术有望实现自供电的人肢体关节和脊椎的传感和监测,基于摩擦纳米发电机(TENG)的自驱动传感技术提供了有效的
自1965年戈登·摩尔提出摩尔定律,摩尔定律已经指导了电子信息行业(IT)数十年,它指导电子设备朝着小型化的方向飞速发展。如今晶体管的物理极限已经突破5nm工艺节点,摩尔定律的极限也即将到来。为了突破摩尔定律的极限,IT行业开始朝着超摩尔定律方向发展,新的材料与工艺技术不断涌现,多功能化设备、有源传感器、自驱动系统和神经形态器件得到快速发展。自摩擦纳米发电机问世以来,它在能源收集及传感领域独具优势