快速付里叶变换窗函数最大信息量修正的研究

本文提出,在快速付里叶变换中应用窗函数修正时,不但要考虑窗函数本身渗漏作用的大小,而且要考虑经过修正后的“有效”信息量的因素,即要保持原有信号的最大信息量和主要信息量的效果。这对瞬态信号和变频率的非平稳随机信号分析尤为重要。文内提出了Y-1~#和Y-2~#两个新数据窗,通过对实测瞬态信号的应用,并与汉宁、哈明、余弦矩形、矩形和无窗函数作用的最大熵法(MEM)等进行了对比,取得了良好的结果。文内证明了著名的汉宁和哈明窗在分析瞬态信号时效果是不稳定的,提出了窗函数前沿陡度对渗漏、旁瓣影响不大,渗漏、旁瓣主要由窗形状和其后沿陡度决定的特性,同时给出了计算应用实例。     

给出不确定性激励下的动态响应边界——一种非随机振动分析方法

提出了一种非随机振动分析方法,可给出系统在不确定性激励下的动态响应边界,从而为实验信息相对缺乏的不确定性振动分析及未来的可靠性设计提供一种新的计算工具.采用非概率凸模型过程而非传统的随机过程描述不确定性动态激励,仅需知道激励在任意时刻点的边界信息而非精确概率分布,从而有效降低对大样本量的依赖性.针对单自由度和多自由度系统,建立了相应的非随机振动分析算法,以求解系统在不确定性动态激励下的响应区间;另外,也给出了蒙特卡罗仿真方法,为非随机振动提供一种最为一般的分析工具.最后,通过3个数值算例验证了本文方法的有效性.非随机振动分析方法可以作为传统随机振动理论的补充,在工程不确定性结构动力学分析及结构可靠性设计领域发挥作用.     

随机参数超空泡射弹弹道随机特性分析

超空泡射弹的发射装置及射弹在制造,安装过程中存在各种不确定性.本文采用最大熵法来分析这些不确定性对射弹弹道的影响.介绍了超空泡射弹的动力学模型,对射弹的受力特性和随机参数进行了分析.根据给出的理论编制了基于最大熵法的随机参数超空泡射弹弹道随机特性分析的仿真程序,并对一个模型弹仿真计算.计算表明,与发射装置有关的随机参数...     

神经能量与神经信息之间内在动力学关系初探

根据信息论的基本原理和方法,运用最小互信息和最大熵原理对神经编码进行研究和分析.通过对两个原理的基本介绍,描述了最小互信息和最大熵原理是如何用于评估神经反应中的信息量.研究结果表明神经信息的表达和神经能量的利用率密切相关,并发现高度进化的神经系统在能量的消耗和利用上严格遵循着经济性和高效性两个基本原则.为了验证神经信息处理与能量利用率的关系,提出了信能比的新概念,用于衡量最大熵原理对应神经系统在能量利用率上的经济性和高效性.并通过数值计算证实了一个猜想,即神经系统所消耗的能量反映了神经信息处理的内在规律,这为进一步研究一种崭新的神经信息处理原理--能量神经编码奠定了重要的理论基础.     

一种随机振动信号幅度、相位及零基线漂移分离方法

为准确得到随机振动信号各分量幅度、相位及零基线漂移,通过Hilbert变换,随机信号被映射成复平面上的曲线,该曲线可看做由随时间可变长度矢量末端绕动点逆时针转动形成,其中动点做随机运动。由于各分量具有不同的频率,在复平面具有不同的转动角速度,因此各分量之间具有相对运动,其中低频分量不改变高频分量的曲率,曲率是随机振动信号各分量的不变量,利用该性质,将曲率确定的信号分量逐步分离,得到单分量随机振动信号,残留部分为振动信号零基线漂移,从而自适应求解出随机振动信号随机幅度、相位和零基线漂移量成分。曲线的密切圆半径就是该曲线曲率的倒数,利用密切圆拟合得到的曲率半径替代计算曲率的求导运算,可减少数据离散性带来的误差对计算结果的影响。     

结构的宽带随机振动

结构的宽带随机振动理论是随机振动理论中一个引起兴趣的领域.这种随机振动模态数量很大,从而呈现简单的渐近趋向.本文综述该领域的一些概念和方法.讨论的重点是,具有小阻尼的均匀对称结构,在孤立点上受平稳宽带随机力激励时,其均方响应空间分布的渐近型式.     

最大熵谱估计在振动中应用的几个问题

本文针对最大熵谱估计目前存在的问题进行了讨论,主要解决了最大熵谱的定量分析和分辨率问题,认为:在模型准确时,最大熵谱是用自变量为(1—e~-a)形式的函数s(1—e~-a1,…,1—e~-ap)对真实功率谱s(a_1,…,a_p)进行近似,从而得出了最大熵谱与真实功率谱二者谱峰高度及分辨率之间的关系. 由于各种因素的影响,模型不可能完全精确.本文讨论了一些参数的选择对最大熵谱谱峰高度及分辨率的影响.     

最大熵法新倒频谱分析——倒熵谱研究

本文提出用最大熵法和最大熵法与富氏谱法相结合的综合变换方法求倒频谱——“倒熵谱”的新方法。给出了倒熵富谱法(cEFM)、倒富熵谱法(cFEM)和倒熵熵谱法(cEEM)等几种新倒谱算法,解决了以往倒谱分析中频率分辨率难以提高的困难,减小了窗函数产生的影响,使倒谱旁辦大大减轻,文內给出了实际计算结果,并与常规倒谱(本文称之为倒富富谱cFFS)进行了对比。     

LS-SVM在随机振动在线自适应逆控制中的应用

针对随机振动试验中波形再现实现中的非线性和不确定性的特点,提出了一种基于最小二乘支持向量机的自适应逆控制方法.首先根据试验样本数据利用模糊贝叶斯推断确定最小二乘支持向量机的参数,然后给出了基于最小二乘支持向量机的自适应逆控制器的设计方法,最后给出了随机振动在线自适应逆控制结构.实验结果表明该方法的有效性.     

一类改进最大熵方法的可调参数分析

在结构可靠性分析中,引入含可调参数的转换函数能对传统的最大熵方法进行改进,获得更高的失效概率预测精度。但是,此可调参数的最佳取值很难确定。针对这一问题,引入概率守恒方程,从功能函数转换前后所得概率密度函数出发,建立其最大熵值的变化关系,给出转换前后最大熵值之差的理论形式。通过对三种典型单调非线性转换函数开展算例研究,发现功能函数转换前后的最大熵值之差与转换函数的最佳可调参数值有关。改变可调参数值驱使最大熵值之差变化的同时,改进最大熵方法能遍历到更好的失效概率估计值。     

小样本数据下圆柱薄壳初始缺陷不确定性量化的极大熵方法

具有不确定性特征的初始缺陷被认为是导致薄壳结构实际临界载荷值与理论解不相符并呈现分散特征的主要原因.对实际薄壳结构初始缺陷的建模至少需要考虑两个方面的不确定性量化,一是对缺陷分布形式和幅值等固有随机性的量化,二是对小样本量和不准确测量所导致缺陷统计量的不确定性的量化.本文在利用随机场的Karhunen-Loeve展开法对薄壳初始几何缺陷建模的基础上,提出一种基于极大熵原理的缺陷建模方法.首先,采用极大熵分布来估计Karhunen-Loeve随机变量的概率密度函数,以适应不能使用高斯随机场进行缺陷随机场建模的情况.随后,通过将经典的等式约束极大熵模型扩展为区间约束极大熵模型,实现对实际工程中仅能获得少量薄壳结构几何缺陷样本数据所导致的认知不确定性的量化.最后,将所提方法用于对国际缺陷数据库的A-Shell进行缺陷建模和临界载荷预测.研究表明,所提基于区间约束极大熵原理的随机场建模方法在能够有效表征实测数据高阶矩信息的同时,还具备量化小样本数据导致的认知不确定性的能力,并且高斯随机场模型和基于等式约束极大熵原理的随机场模型是本文所提建模方法的两种特殊情况.     

非高斯随机激励下工程结构可靠性估计的一种方法

本文将工程结构考虑为振动系统,把随机载荷及在结构上的载荷效应作为随机过程,分析状态函数的高阶矩,进行最大熵概率分析,得到结构在随机载荷作用下失效的概率。此法为随机环境下工作的结构、构件或设备的安全设计、可靠性检验提供了一个可行的方法。     

基于小波变换的爆破振动信号能量分布特征分析

为了深入研究爆破地震波特性,应用小波变换方法对具有短时非平稳特点的爆破振动信号进行了能量分布特征分析。根据小波变换的时-频特性和分层分解展开关系,将爆破振动时间历史信号用分层重构信号进行扫描,应用这些信号得到了不同频率带上爆破振动的相对能量分布和振动强度的时间变化规律。爆破振动信号实测结果分析表明,基于小波变换的能量分布特征分析可以更准确地给出爆破振动信号的细节信息。研究结果为分析爆破振动结构安全性提供了新的途径。     

薄壁圆筒壳初始几何缺陷不确定性量化的极大熵方法

针对薄壁圆筒壳结构轴压屈曲载荷的缺陷敏感性以及真实几何缺陷的不确定性,提出一种基于实测缺陷数据和极大熵原理的初始缺陷建模与屈曲载荷预测方法。首先,将初始几何缺陷视为二维随机场,并利用实测缺陷数据和Karhunen-Loève展开法将初始缺陷的随机场建模转化为随机向量的建模;其次,利用极大熵方法确定随机向量的概率分布;最后,基于所构建的初始缺陷随机模型,利用MCMC抽样方法和确定性屈曲分析方法,进行随机屈曲分析并给出基于可靠度的屈曲载荷折减因子。数值算例表明,与直接假设随机场相关结构的方法相比,本文方法的结果是对薄壁圆筒壳屈曲载荷的一个更无偏估计。     

Stochastic approach to estimate the arterial pressure

The aim of this paper is to illustrate the application of a stochastic approach to estimate the human common carotid arterial pressure. The analysis took into account the possible random uncertainties of the problem inputs such as geometric information and mechanical model parameters so that it is called a probabilistic parametric approach. Based on the only available information reported in literature, entropy maximum principle was used to develop probabilistic density functions for every random variable. In addition, in vivo human experimental data were considered for the determination of the so-called mean or deterministic model. Furthermore, numerical simulations of Monte Carlo were carried out involving the dispersion of all the uncertain parameters. Results showed that uncertainty of 5% led to error up to 20% in the arterial pressure estimation. Convergence was proved and a region with a confidence probability of 95% was constructed to allow the prediction of the random response of the arterial pressure. Eventually, we managed numerous calculations to analyze the influence of each random variable of the problem inputs over the arterial pressure evolution.     

论不确定性结构力学的发展

结构力学是直接为工程结构设计服务的，而工程设计中包含大 量不确定性因素和信息，包括随机性、模糊性和未确知性信息.由于引 用统计数学方法处理随机性问题，在结构力学中产生了可靠性理论和 随机振动理论.随着模糊性和未确知性问题的提出和研究，近年来在 结构力学中又逐渐形成了一些新的分支，包括结构的不确定性优化设 计，广义(模糊随机)可靠性理论，模糊随机振动理论和模糊地震工程 学等.本文简要地介绍这四个新的分支的发展情况,主要介绍作者及其 学生们的工作，并着重介绍基本概念.     

论不确定性结构力学的发展

结构力学是直接为工程结构设计服务的,而工程设计中包含大量不确定性因素和信息,包括随机性、模糊性和未确知性信息．由于引用统计数学方法处理随机性问题,在结构力学中产生了可靠性理论和随机振动理论．随着模糊性和未确知性问题的提出和研究,近年来在结构力学中又逐渐形成了一些新的分支,包括结构的不确定性优化设计,广义(模糊随机)可靠性理论,模糊随机振动理论和模糊地震工程学等．本文简要地介绍这四个新的分支的发展情况,主要介绍作者及其学生们的工作,并着重介绍基本概念．     

Thermal vibration and apparent thermal contraction of single-walled carbon nanotubes

It is of fundamental value to understand the thermo-mechanical properties of carbon nanotubes. In this paper, by using molecular dynamics simulation, a systematic numerical investigation is carried out to explore the natural thermal vibration behaviors of single-walled carbon nanotubes and their quantitative contributions to the apparent thermal contraction behaviors. It is found that the thermo-mechanical behavior of single-walled carbon nanotubes is exhibited through the competition between quasi-static thermal expansion and dynamic thermal vibration, while the vibration effect is more prominent and induces apparent contraction in both radial and axial directions. With increasing temperature, the anharmonic interatomic potential helps to increase the bond length, which leads to thermally induced expansion. On the other hand, the higher structural entropy and vibrational entropy of the system cause the carbon nanotube to vibrate, and the apparent length of nanotube decreases due to various vibration modes. Parallel analytical and finite element analyses are used to validate the vibration frequencies and provide helpful insights. The unified multi-scale study has successfully decoupled and systematically analyzed both thermal expansion and contraction behaviors of single-walled carbon nanotube from 100 to 800 K, and obtained detailed information on various vibration modes as well as their quantitative contributions to the coefficient of thermal expansion in axial and radial directions. The results of this paper may provide useful information on the thermo-mechanical integrity of single-walled carbon nanotubes, and become important in practical applications involving finite temperature.     

二频机抖激光捷联系统结构振动分析

二频机抖激光捷联系统中三个激光陀螺抖动会引起惯性器件的耦合振动,产生系统抖动耦合误差,导致惯导系统导航精度下降。二频机抖激光陀螺捷联惯导系统机械结构较为复杂,很难通过解析法求解其振动特性。作者采用有限元方法对二频机抖激光陀螺进行了正弦信号驱动下的瞬态响应分析,并在正弦信号中加入了抖动随机信号,实现了机抖激光陀螺工作状态的仿真。此外,还对二频机抖激光捷联系统的振动特性进行了瞬态响应分析,掌握了系统的耦合振动情况,并进行了功率谱分析。这为激光捷联系统的频率搭配最优化提供了分析方法,对高精度二频机抖激光捷联系统的设计有重要意义。     

Application of maximum entropy method for droplet size distribution prediction using instability analysis of liquid sheet

This paper describes the implementation of the instability analysis of wave growth on liquid jet surface, and maximum entropy principle (MEP) for prediction of droplet diameter distribution in primary breakup region. The early stage of the primary breakup, which contains the growth of wave on liquid–gas interface, is deterministic; whereas the droplet formation stage at the end of primary breakup is random and stochastic. The stage of droplet formation after the liquid bulk breakup can be modeled by statistical means based on the maximum entropy principle. The MEP provides a formulation that predicts the atomization process while satisfying constraint equations based on conservations of mass, momentum and energy. The deterministic aspect considers the instability of wave motion on jet surface before the liquid bulk breakup using the linear instability analysis, which provides information of the maximum growth rate and corresponding wavelength of instabilities in breakup zone. The two sub-models are coupled together using momentum source term and mean diameter of droplets. This model is also capable of considering drag force on droplets through gas–liquid interaction. The predicted results compared favorably with the experimentally measured droplet size distributions for hollow-cone sprays.