转子动力学横向振动基本方程

针对转子动力学系统横向振动基本方程进行研究.将Euler（欧拉）角表示引入转子动力学系统,可以建立描述转子的非线性旋转运动的精细数学模型.并将该精细模型线性化,建立了描述转子动力的基本方程,通过数值算例分析验证了该方程的正确性和有效性.     

应用多刚体离散化方法对梁的动力屈曲和后屈曲分析

基于梁的多刚体离散化模型（有限段模型）,建立了梁的链式多刚体-铰链-弹簧系统模型,利用坐标变换方法建立了相应的非线性多自由度系统的参数振动方程,并利用约束参数法对所得到的多度系统的Mathieu-Hill方程进行了梁的动力屈曲分析,得到系统的参数共振域．因为所用的离散化模型与动力方程对梁的变形并无限制,所以可以用所得到的数学模型在其失稳域对梁的动力后屈曲进行数值仿真分析．通过实例的数值仿真,证明了这种梁的参数振动模型与分析方法的正确性．     

微分本构粘弹性轴向运动弦线横向振动分析的差分法

给出了微分本构粘弹性轴向运动弦线横向振动数值仿真的一种差分法．文中建立了具有微分本构的粘弹性运动弦线的横向振动模型;通过对系统的控制方程和本构方程在不同的分数节点离散,得到一种新的差分方法．利用这一方法,弦线振动方程的数值计算过程可以交替地显式进行,且有较小的截断误差和好的数值稳定性．与通用的方法比较,新的方法计算简单、方便．文中利用方程的不变量检验了数值结果的可靠性,并利用这一方法给出了一类弦线模型的参数振动分析．     

直管束流固耦合振动的数值模拟

为了研究反应堆结构中的诸如燃料棒、蒸汽发生器和其它换热器传热管束等的流体-结构交互作用问题,利用有限体积法离散大涡模拟(large eddy simulation, LES)的流体控制方程,用有限元方法求解结构动力学方程,并结合动网格技术,建立三维流体诱发振动的数值模型,模拟直管束中流体的流动及结构振动,实现计算结构动力学(computational structure dynamics, CSD)与计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)之间的联合仿真．首先,基于流固耦合方法对单管的流致振动特性进行了详细分析,得到了其动力学响应与流场特性;其次基于建立的传热管束流致振动计算模型,研究了两并列管、两串列管以及3×3正方形排列管束的流致振动行为．     

圆形三向网架非线性动力稳定性分析

用拟板法将网架简化为平板,给出表层应变与中面位移的非线性关系．根据薄板的非线性动力学理论,建立了在直角坐标系中三向网架的非线性动力学方程,又将此方程转化为极坐标系轴对称非线性动力学方程．在周边固定条件下,引入异于等厚度板的无量纲量,对基本方程无量纲化．利用Galerkin法得到一个三次非线性振动方程,在无外激励情况下,讨论了稳定性与分岔问题．在外激励情况下,用Melnikov方法研究了圆形三向网架可能发生的混沌运动．通过数字仿真绘出了发生混沌的相平面图．     

双臂空间机器人姿态、关节协调运动基于RBF神经网络的自适应控制算法

讨论了载体位置无控、姿态受控情况下,双臂空间机器人姿态、关节协调运动的控制问题．由Lagrange第二类方法及系统动量守恒关系,建立了漂浮基双臂空间机器人的系统动力学方程．以此为基础,借助于RBF神经网络技术、GL矩阵及其乘积算子定义,对双臂空间机器人系统进行了神经网络系统建模;之后针对双臂空间机器人所有惯性参数均未知的情况,设计了双臂空间机器人载体姿态与机械臂各关节协调运动基于RBF神经网络的自适应控制算法．提出的控制算法不要求系统动力学方程具有惯常的关于惯性参数的线性性质,且无需预知系统惯性参数的任何信息,也无需对神经网络进行离线训练、学习,因此更适于实时应用．一个平面漂浮基双臂空间机器人系统的数值仿真,证实了该控制算法的有效性．     

微曲输流管道振动固有频率分析与仿真北大核心CSCD

首次建立了基于Timoshenko梁理论的微曲输流管道横向振动的动力学模型,并分析了流体流动影响下微曲管道横向自由振动的固有特征.采用广义Hamilton原理,导出了考虑流体影响的微曲管道横向振动的控制方程,通过Galerkin截断对控制方程离散化,再由广义本征值问题得到管道横向振动的固有频率,并研究了液体流速和弯曲幅度对管道横向固有振动特征的影响.发展了基于等效刚度和等效阻尼方法的考虑流体影响的微曲管道振动分析的有限元仿真计算方法,并通过有限元软件实现数值仿真,验证了Galerkin截断的分析结果以及所建立的Timoshenko微曲管道动力学模型的有效性.研究表明,流体的流速以及管道的弯曲幅度对管道横向振动固有频率均有显著影响.     

扁锥面网壳非线性动力分岔与混沌运动

对曲面为正三角形网格的3向扁锥面单层网壳,用拟壳法建立了轴对称非线性动力学方程．在几何非线性范围内给出了协调方程．网壳在周边固定条件下,通过Galerkin作用得到一个含2次、3次的非线性微分方程,通过求Floquet指数讨论了分岔问题．为了研究混沌运动,对一类非线性动力系统的自由振动方程进行了求解,继之给出了单层扁锥面网壳非线性自由振动微分方程的准确解,通过求Melnikov函数,给出了发生混沌的临界条件,通过数值仿真也证实了混沌运动的存在．     

约束阻尼悬臂梁瞬态响应近似解析解与实验分析

利用弹性悬臂梁模态叠加构造出约束阻尼悬臂梁的振动模态,基于Lagrange方程推导出了约束阻尼悬臂梁的控制方程,求解了在集中力突然卸载的情况下约束阻尼悬臂梁的动力响应．计算并测试了一系列铝合金约束阻尼悬臂梁模型的振动频率和瞬态响应,分析了阻尼层材料参数对铝合金约束悬臂梁瞬态响应时间的影响．采用了解析法以及实验法两种方法,结果表明,所采用的方法是可靠的．     

Hamilton等参元与智能叠层板的半解析法

根据压电材料修正后的Hellinger-Reissner(H-R)变分原理,建立了各向异性压电材料4节点Hamilton等参元的一般形式．为智能叠层板自由振动问题和带有压电块的叠层悬臂梁的瞬态响应等问题提出了一种新的半解析法．数学模型的基本步骤:将压电层和主体层看成独立的三维体,在平面内离散各层,分别建立各层的方程;根据主体层和压电层在连接界面上广义应力和广义位移的连续条件,联立主体层和压电层的方程得到全结构的控制方程．等参元不限制智能板侧面的几何边界形状、板的厚度和层数,有广泛的应用领域．     

同心球间流动三模类Lorenz系统的动力学行为及数值仿真

讨论了同心球间旋转流动的类Lorenz型方程组的动力学行为及其数值模拟问题,求出了该方程组平衡点,并对其稳定性进行了分析,证明了该方程组吸引子的存在性,对类Lorenz方程组的动力学行为进行了数值模拟,数值试验表明此类Lorenz型方程组存在极限环和奇怪吸引子.     

Modelling and nanoscale force spectroscopy of frequency modulation atomic force microscopy

In this paper, a simulation model for frequency modulation atomic force microscopy (FM-AFM) operating in constant amplitude dynamic mode is presented. The model is based on the slow time varying function theory. The mathematical principles to derive the dynamical equations for the amplitude and phase of the FM-AFM cantilever-tip motion are explained and the stability and performance of its closed-loop controller to keep the amplitude at constant value and phase at 90° is analysed. Then, the performance of the theoretical model is supported by comparison of numerical simulations and experiments. Furthermore, the transient behaviour of amplitude, phase and frequency shift of FM-AFM is investigated and the effect of controller gains on the transient motion is analysed. Finally, the derived FM-AFM model is used to simulate the single molecule/nanoscale force spectroscopy and study the effect of sample viscosity, stiffness and Hamaker constant on the response of FM-AFM.     

Navier-Stokes方程五模类Lorenz方程组的动力学行为及数值仿真

本文对平面正方形区域上不可压缩的Navier-Stokes方程,进行傅立叶展开后,截断得到五模类Lorenz方程组.给出了该方程组定常解及其稳定性的讨论,证明了该方程组吸引子的存在性,并对其全局稳定性进行了分析和讨论,数值模拟了雷诺数在一定范围内变化时,类Lorenz方程组的动力学行为.     

Kolmogorov流动模型的七模截断及其混沌特性

为了给出Kolmogorov流动模型中混沌行为的数学描述,选取常数k=3,重新对描述该模型的Navier-Stokes方程进行截断,得到了一个新的七维混沌系统．数值模拟了控制参数在一定范围内变化时方程组的基本动力学行为和混沌轨线,分析了其混沌特性．一方面证实了具有湍流特性的数学对象归因于低维混沌吸引子,另一方面有利于更好地了解湍流流动产生的机理.     

On a nonlinear hyperbolic problem arising in two-phase flows in naturally fractured reservoirs

A system of two first-order quasilinear equations consisting of one nonhomogenous hyperbolic conservation law and an ordinary differential equation is investigated in two spatial dimensions. The initial boundary-value problem is solved for the system and existence, uniqueness, and stability theorems are proved. We also obtain a result on the behavior of the solution when time goes to infinity which agrees with practical experience. These results offer mathematical validation to computer models in current usage for the numerical simulation of multiphase flow in naturally fractured reservoirs.     

Dimension Reduction methods for Infinite Dimensional Systems

From experiments and also from computer simulation of dynamical systems it is well known that for many dynamical phenomena in physics or engineering, which are modelled by infinite dimensional dynamical systems, the asymptotic behavior can be accurately described by replacing the original infinite dimensional system by a low dimensional system represented by so‐called essential variables. Such a dimension reduction of a dynamical system turns out to be central, both for a qualitative and quantitative understanding of its behaviour. In [1] Approximate Inertial Manifolds are presented, which perform extremely well for nonlinear evolution equations, but don't work as expected for the dynamics of a fluid conveying tube. By comparing the results for different internal damping values it can be seen that the larger gaps and the location of the cluster point in the spectrum for the weaker damping improve the approximation quality considerably.     

Dynamics of an HIV-1 infection model with cell mediated immunity

In this paper, we study the dynamics of an improved mathematical model on HIV-1 virus with cell mediated immunity. This new 5-dimensional model is based on the combination of a basic 3-dimensional HIV-1 model and a 4-dimensional immunity response model, which more realistically describes dynamics between the uninfected cells, infected cells, virus, the CTL response cells and CTL effector cells. Our 5-dimensional model may be reduced to the 4-dimensional model by applying a quasi-steady state assumption on the variable of virus. However, it is shown in this paper that virus is necessary to be involved in the modeling, and that a quasi-steady state assumption should be applied carefully, which may miss some important dynamical behavior of the system. Detailed bifurcation analysis is given to show that the system has three equilibrium solutions, namely the infection-free equilibrium, the infectious equilibrium without CTL, and the infectious equilibrium with CTL, and a series of bifurcations including two transcritical bifurcations and one or two possible Hopf bifurcations occur from these three equilibria as the basic reproduction number is varied. The mathematical methods applied in this paper include characteristic equations, Routh–Hurwitz condition, fluctuation lemma, Lyapunov function and computation of normal forms. Numerical simulation is also presented to demonstrate the applicability of the theoretical predictions.     

两个模态耦合的Ginzburg-Landau方程的时空混沌同步化

根据数值计算的结果提出了模态耦合的条件,两个方程在高频模态上是耦合的,而在低频模态上是不耦合的．利用了无穷维动力系统理论,证明了两个高频模态耦合的Ginzburg-Landau方程在函数空间中存在吸引域,因而存在连通的、有限维的紧的整体吸引子．驱动方程存在时空混沌．将方程组联系一个截断形式,得到的修正方程组将保持原方程组的动力学行为．高频模态耦合的两个方程在一定的条件下具有挤压性质,证明了可达到完全的时空混沌同步化．在数学上定性解释了无穷维动力系统的同步化现象．研究方法不同于有限维动力系统中通常使用的Liapunov函数方法与近似线性方法．