含二次非线性项的受迫振子在主共振曲线上表现的浑沌特性*

本文在[1]的基础上,用多尺度法和数值模拟对含二次非线性项的受迫振子作了进一步研究,探讨了其浑沌域与主共振曲线的关系,通过对主共振曲线稳定性的分析,我们推测浑沌运动将发生在主共振曲线具有垂直切线的频率附近,数值模拟结果证实了这一推测。这就为那些难以用Melnikov方法处理的系统,提供了一条寻求浑沌运动的可行途径。     

时滞影响下受控斜拉索的参数振动稳定性

研究了轴向激励作用下受控斜拉索系统主参数共振的时滞效应,考虑了拉索垂度和几何非线性的影响,基于Hamilton变分原理建立了受控斜拉索系统轴向激励下的非线性参数振动方程,利用Galerkin方法得到时滞动力系统,运用多尺度法对受控系统的主参数共振进行了分析,得到了不同时滞值、控制增益时参数振动稳定域和受控拉索的时程曲线.研究表明,时滞影响下斜拉索振动控制系统的效果变差,参数共振的稳定域发生偏移,对受控斜拉索系统的控制效果随着时滞的增大而变差,从而对控制系统的参数设计起到指导作用.     

基于期望函数的土遗址锚固参数组合优化方法

针对土遗址锚固工程需求，提出了一种基于期望函数的锚固参数组合优化方法.该方法通过对锚固长度、锚孔直径等参数的组合优化,获得了最大锚固力与最小遗址伤害的良好平衡.试验设计为全因子试验，利用响应面方法构建分析模型，而后将统计中的期望函数法引入锚固参数优化中，建立了多重目标响应指标与锚固参数水平的关系.研究结果表明:当分别满足锚固力最大化和遗址伤害最小化目标时，相应的锚固参数取值间存在冲突；多重响应优化能够确定目标响应需求下锚固参数的可行域范围，方便工程设计人员根据实际工程条件对锚固参数进行可视化取值.     

约束尺度和算子自适应变化的差分进化算法

由于可行域不连续和函数形式复杂使得许多算法难以有效求解约束优化问题,提出了一种约束尺度和算子自适应变化的差分进化算法.通过统计新个体中可行解和不可行解的数量以自适应调整惩罚系数,使个体能够分布在多个不连续的可行域中,从而找到最优解所在区域.同时,算法还采用了两种不同的差分算子,分别用于局部区域的快速寻优和整个可行域的全局探索.在两种算子的选择上,则根据新个体的存活情况和约束违反情况来自适应调整其选择的概率.最后通过3组标准约束优化问题在10维和30维变量下的测试结果显示:所提算法的性能整体优于对比算法,其平均最优解在10维时至少提升了4.75%.     

链式区组设计与广义正交表

在区组设计理论中,当区组水平(处理)数很大时,经常采用一种链式区组设计.在基于链式区组设计收集数据时,相应的设计表已经不是平衡不完全区组设计(BIBD),因此基于BIBD的数据分析发展成的链式区组设计的数据分析方法将存在不足之处,突出的特点是试验的数据分析结论不再具有再现性.为了保证新的设计表仍然具有试验数据分析结论的再现性,至少需要相应的设计表是广义正交表,即至少需要保持新的设计表具有相遇平衡和正交平衡性质.也就是说:在某种条件下,基于链式区组设计收集数据,也能保证试验数据分析的结论具有再现性,仅需相应的新设计表是广义正交表即可.研究发现:在链式区组设计中,相应的设计表在某些条件下可以是广义正交表.从广义正交表的角度来看,证明了,将对称BIBD作为小组下标,由此构造的链式区组设计对应的设计表,仍然是广义正交表,从而说明了链式区组设计方法可以在试验设计理论中有条件的使用.这也启发可以把链式区组试验设计方法扩充成广义正交表的构造方法.     

基于数值分析的动水效应对连续刚构桥抗震性能影响

为了研究不同水深下,动水效应对连续刚构桥抗震性能的影响,基于一实际工程,利用有限元软件Midas建立全桥模型,采用反应谱数值分析法,并考虑桩土的相互作用,研究了动水效应对连续刚构桥抗震性能的影响.结果表明:考虑动水效应将会减小结构的频率,且高阶频率对动水效应更加敏感;另外,动水效应将会放大结构的地震响应,随着水深的增加,地震响应的增大幅度也越大.当水深达到20m以上时,动水效应将使结构的内力增大约10%,此时在抗震设计中应重点考虑动水效应的影响.     

多重约束下空间桁架结构抗风优化

目前复杂结构的抗风优化研究大多集中于高层建筑,很少针对风敏感的大跨屋盖结构．考虑强度、刚度和几何尺寸等多重约束,基于虚功原理和Lagrange乘子将抗风优化转化为无约束问题,编制数值程序整合有限元计算和优化分析两部分,然后对杆件数为10080的实际双层柱面网壳进行优化设计,讨论了设计变量可行域、初始值和调整步选择等对优化结果的影响．研究表明,采用本文方法可实现对空间桁架结构进行多重约束下的高效抗风优化设计,网壳总重降低约37%,风致响应分布不均使得有必要设定可行域下限,而设计变量初值和调整步选择不影响最后的优化结果．     

正交约束优化问题的一阶算法

带有正交约束的矩阵优化问题在材料计算、统计及数据分析等领域中有着广泛的应用.由于正交约束的可行域是Stiefel流形,一直以来流形上的优化方法是求解这一问题的主要方法.近年来,随着实际应用问题所要求的变量规模的扩大,传统的流形优化方法在计算上的劣势显现出来,而一些迭代简单、收敛快的新算法逐渐被提出.通过收缩方法、非收缩可行方法、不可行方法三个类别分别来介绍求解带有正交约束的矩阵优化问题的最新算法.通过分析这些方法的主要特性,以及应用问题的要求,对这类问题算法设计的研究进行了展望.     

三角域上C~1插值的两种表示

在有限元计算中,散乱数据插值以及曲面设计和表示等问题常常需要构造三角域上C~1连续的分片插值多项式.Zenisek证明了闭三角域上整体具有m阶光滑的双变量插值多项式至少是4m+1次的.在实际问题中最常用到的是三角域上C~1连续五次双变量插值多项式的表示.     

三角域上C~1插值的两种表示

在有限元计算中,散乱数据插值以及曲面设计和表示等问题常常需要构造三角域上C~1连续的分片插值多项式.Zenisek证明了闭三角域上整体具有m阶光滑的双变量插值多项式至少是4m+1次的.在实际问题中最常用到的是三角域上C~1连续五次双变量插值多项式的表示.     

基于多目标优化算法的系泊系统设计

系泊系统设计对近浅海观测网的信息传输起到了至关重要的作用.针对存在风力和水流力的多成分系泊系统,建立了计算锚链形状、钢桶和钢管的倾斜角度、浮标的吃水深度和游动区域为主的多参数多目标优化模型.结合力与力矩的平衡方程,分析了各参数的约束条件.以吃水深度、最大游动距离和钢桶倾角作为目标函数,并根据多目标遗传算法求解得到最优设计方案.最后通过模型检验,验证了方案的可行性.     

海上浮式风力机及其动力学问题

深水风资源更为丰富,随着科技进步风电场正逐步向水深百米及以上的海域发展．海上浮式风力机、浮式基础以及系泊系统作业时,受到风浪流等的联合作用．就不同海上浮式风力机形式及其典型结构对应的气动载荷、水动力载荷,浮式风力机系统与环境动力的耦合问题、处理方法和可能的发展方向作了简要的评述．充分考虑作业背景的环境流场和风力机尺度,针对不同的流动特征综合各种理论方法和计算手段,更为准确地进行空气动力学-水动力学-控制系统-结构耦合分析是研究的难点和发展方向.     

Optimal Ascent Trajectories and Feasibility of Next-Generation Orbital Spacecraft

This paper deals with the optimization of the ascent trajectories for single-stage-to-orbit (SSTO) and two-stage-to-orbit (TSTO) rocket-powered spacecraft. The maximum payload weight problem is studied for various combinations of initial thrust-to-weight ratio, engine specific impulse, and spacecraft structural factor. For TSTO rocket-powered spacecraft, two cases are studied: uniform structural factor and nonuniform structural factor between stages.The main conclusions are that: the design of SSTO configurations might be comfortably feasible, marginally feasible, or unfeasible, depending on the parameter values assumed; the design of TSTO configurations is not only feasible, but the payload appears to be considerably larger than that of SSTO configurations; for the case of a nonuniform structural factor, the most attactive TSTO design appears to be a first-stage structure made of only tanks and a second-stage structure made of engines, tanks, electronics, and so on.Improvements in engine specific impulse and spacecraft structural factor are desirable and crucial for SSTO feasibility; indeed, aerodynamic improvements do not yield significant improvements in payload weight.For SSTO configurations, the maximum payload weight behaves almost linearly with respect to the engine specific impulse and the spacecraft structural factor. The same property holds for TSTO configurations as long as the ratio of the structural factors of Stage 2 and Stage 1 is held constant. With reference to the specific impulse/structural factor domain, this property leads to the construction of a zero-payload line separating the feasibility region (positive payload) from the unfeasibility region (negative payload).     

O?shore ?oating wind turbine and its dynamic problems?

Green energy sources and ocean wind power are plentiful in deep sea. More and more o?shore wind power plants are constructed in the deep water over hundred meters below the surface. While o?shore ?oating wind turbine system is working, wind turbine, ?oating foundation, and mooring system a?ect each other with wind, waves, and currents acting on them. Various o?shore ?oating wind turbine systems and the encoun-tered environmental loads are brie?y reviewed and discussed. It is di?cult and crucial to comprehensively analyze the aerodynamic-hydrodynamic-service system-structure un-der the coupling e?ect of o?shore ?oating wind turbine system. The environmental ?ow ?eld, structure scale, and rational applications of theories and approaches should be well considered in advance.     

优化布点的TOPSIS法研究

针对多目标系统的优化布点问题,尝试提出用改进的TOPS IS法研究水质环境监测点位的优化,并建立改进的TOPS IS法优化模型.实例分析表明,该方法充分利用了优化矩阵的信息,优选结果符合客观实际,可用于环境监测点位的优化布点.     

基于组合赋权的灰色关联分析在水质评价中的应用研究

在灰色关联理论的基础上,提出了基于超标比与均方差组合赋权的水质综合评价方法,可有效的识别水体中的主要污染来源.通过改进数据标准化的方法,合理的减弱了水质监测数据中的奇点对评价结果的影响.将方法应用于白洋淀五个监测断面的水质综合评价,取得了合理的结果,表明方法可行.     

ISOMETRIC AND ALLOMETRIC RELATIONSHIPS BETWEEN LARGE AND SMALL‐SCALE TREE SPACING STUDIES

Abstract Basic differences in the relationship between diameter and height have been observed in small and large trees. Small trees (less than 5 m) have little danger of buckling under their own weight, and diameter is proportional to height. Large trees (greater than 5 m) are at risk of buckling under their own weight and are subject to damage from ice and wind. For large trees, diameter cubed is proportional to height squared. This relationship is suggested by the physics of limits to height of cylinders before they buckle under their own weight and has been shown to hold for large trees. Data from large‐scale spacing studies are compared with data from one‐sixteenth scale small spacing studies to determine the validity of this theory. The impact of scaled spacing on scaled diameters at equivalent scaled heights is examined. Results suggest that trees grown at small scales can be “scaled up” to reflect isometric and allometric relationships of trees grown at large scales.