范式理论与平均法的等价性分析

分析了范式理论与平均法的等价性。得到的结论是：对含有一对纯虚根的二维非线性系统，使用两种方法得到的结果是等价的，并提供了两个算例来证实其结论的正确性。虽然分析是针对一类二维非线性系统，但其结论同样适合于高维非线性系统。     

非线性模态的分类和新的求解方法

引入不可分偶数维不变流形的概念来定义非线性模态．在此基础上，揭示出了一种新的模态——耦合非线性模态，并对实际系统中各种可能的模态进行了分类．这种分类可能是新的构筑非线性模态理论的框架．用此方法构造非线性模态，得到的模态振子具有范式的形式，形式最简、却能反映原系统在平衡点附近的主要动力学行为，且易于得到非线性频率及非线性稳定性等方面的信息．不仅适用于分析一般的多自由度系统，还可用于分析奇数维系统；不仅可构造内共振系统的非耦合模态，还可用于构造内共振耦合模态．从掌握的资料看，以前的方法还不能解决上述所有问题     

复杂非线性转子—轴承系统动力特性数值分析

研究非线性高维复杂转子－轴承系统的动力特性。针对系统的局部非线性特征,给出了一种降阶及配套动力积分方法。降阶系统仍保持局部非线性特征,非线性响应数值积分所需的迭代只需在局部非线性的维数上执行。对于油膜力无封闭解的实际轴承,采用变分不等方程有限元法求解Reynolds边值问题,使得油膜力及其Jacobian矩阵的计算变得非常简单明了且与具有协调一致的精度。应用上述方法计算分析了一双跨、椭圆轴承－转子系统的不平衡响应,数值结果展现了系统丰富复杂的非线性现象。     

PMUCR方法在高维非线性动力学系统中的应用

对现有的若干种胞映射方法应用于高维非线性动力学系统全局分析时存在的局限性进行了分析,在此基础上,提出了胞映射方法应用于高维系统时需遵循的几个原则:选择合适的分析平面;减少数据量;确定吸引子在相空间中的位置。根据这些原则,对胞参考点映射法(PMUCR)进行了改进,并对该改进方法应用于2维系统和4维系统时消耗的相对CPU时间进行了比较,结果表明,该改进方法能有效地应用于高维非线性动力学系统中。最后以船舶机械非线性隔振系统为例,分别分析了该改进方法在系统呈现周期运动和混沌运动时的应用。     

碰撞振动系统的一类余维二分岔及T2环面分岔

建立了三自由度碰撞振动系统的动力学模型及其周期运动的Poincaré映射,当Jacobi矩阵存在两对共轭复特征值同时在单位圆上时,通过中心流形-范式方法将六维映射转变为四维范式映射.理论分析了这种余维二分岔问题,给出了局部动力学行为的两参数开折.证明系统在一定的参数组合下,存在稳定的Hopf分岔和T2环面分岔.数值计算验证了理论结果.     

一种求解非线性振动系统渐近解的新方法——计算向量场Normal Form系数的简单方法

利用非线整变换,本文推导出了一种只需通过简单代数运算即可算出Hopf分叉Normal Form系数的简单方法,用这种方法求解非线性振动问题,只需把原方程变换成本文讨论的典则形式的一阶微分方程组,然后进行简单的代数运算即可得到原非线性振动方程的解,这种方法简单方便容易掌握。     

一种求解非线性振动系统渐近解的新方法——计算向量场Normal Form系数的简单方法

利用非线整变换,本文推导出了一种只需通过简单代数运算即可算出Hopf分叉Normal Form系数的简单方法,用这种方法求解非线性振动问题,只需把原方程变换成本文讨论的典则形式的一阶微分方程组,然后进行简单的代数运算即可得到原非线性振动方程的解,这种方法简单方便容易掌握。     

连结子结构与自由界面模态综合法在非线性动力分析中的应用

本文提出了一种由线性连接元和非线性连接元组成的连接子结构，并将这种连接子结构用于自由界面的模态综合技术。利用非线性振动理论的渐近方法，求得经模态综合法降维后系统方程的近似解析解。从而将具有连接子结构的自由界面的模态综合技术推广应用到具有局部非线性的复杂结构系统的动力分析，为利用非线性振动理论的渐近方法及动力系统理论进一步研究高维非线性动力学系统的振动特性、分岔及混沌行为创造了一种新的途径。算例表明，该方法具有足够的精度。     

碰撞振动系统强共振下的两参数动力学分析

建立了两自由度碰撞振动系统的动力学模型及其周期运动的Poincaré映射,当Jacobi矩阵存在一对共轭复特征值在单位圆上并满足强共振(λ40=1)条件时,通过中心流型-范式方法将四维映射转变为二维范式映射。理论分析了系统两参数开折的局部动力学行为,扩展了单参数分岔理论,给出了n-1周期运动产生Hopf分岔和次谐分岔的条件。数值仿真验证了所得出的理论,证明系统在共振点附近存在稳定的Hopf分岔不变环面和次谐分岔4-4周期运动。     

水下航行体纵倾航行稳定性研究

水下航行体运动方程含有诸多的非线性项,用传统的分析方法全面处理非线性问题有一定的难度.运用非线性科学中的分叉理论,系统地分析在纵倾控制系统作用下,水下航行体在退化平衡点处的航行稳定性.利用等价变换可将高维系统约化到低维的包含了原系统全部动力学特性的中心流形上来研究,得到跨临界分叉范式;分叉图表明姿态失稳及不规则弹道的机理;用系统状态方程的数值计算结果验证了系统的分叉现象.为水下航行体纵倾控制系统的参数设计提供了理论依据.     

随机平均规范形方法

计算随机规范形系数是应用随机规范形方法的关键．提出一种应用随机平均计算随机规范形系数的方法．为了说明方法的有效性,对白噪声激励的Duffing系统,经过变换,对于相应的平均方程,比较了精确解、规范形方法解和能量包络方法解的稳态概率密度,结果表明,当非线性项系数较小时,三者完全一致．当非线性项系数较大时,规范形方法所得解与精确解相差不大．     

Normal Forms for High Co-Dimension Bifurcations of Nonlinear Time-Periodic Systems with Nonsemisimple Eigenvalues

The normal forms for time-periodic nonlinear variational equations witharbitrary linear Jordan form undergoing bifurcations of highco-dimension are found. First, the equations are transformed via theLyapunov–Floquet (L–F) transformation into an equivalent form in whichthe linear matrix is constant with degenerate nonsemisimple lineareigenvalues while the nonlinear monomials have periodic coefficients. Byconsidering the resulting coupling of the bases of the near identitytransformation, the solvability condition for an arbitrary Jordan matrixis then derived. It is shown that time-independent and/or time-dependentnonlinear resonance terms remain in the normal form for various Jordanmatrices. Specifically, the normal forms for quadratic and cubicnonlinearities with the following linear Jordan forms are explicitlyderived: double zero eigenvalues (co-dimension two bifurcation), triplezero eigenvalues (co-dimension three bifurcation), and two repeatedpairs of purely imaginary eigenvalues (co-dimension two bifurcation). Acommutative system with cubic nonlinearities and a double inverted pendulum with a periodicfollower force are used as illustrative examples.     

APPLICATION OF WU ELIMINATION METHOD TO CONSTRAINED DYNAMICS

The polynomial type Lagrange equation and Hamilton equation of finite dimensional constrained dynamics were considered. A new algorithm was presented for solving constraints based on Wu elimination method. The new algorithm does not need to calculate the rank of Hessian matrix and determine the linear dependence of equations, so the steps of calculation decrease greatly. In addition, the expanding of expression occurring in the computing process is smaller. Using the symbolic computation software platform, the new algorithm can be executed in computers.     

一类偏微分方程的Hamilton正则表示

主要给出一系列关于力学中的偏微分方程的无穷维Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则表示．其中包括变系数线性偏微分方程,ＫｄＶ方程,ＭＫｄＶ方程,ＫＰ方程,Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程等的无穷维Ｈａｍｉｌｔｏｎ正则表示．     

Construction of Dynamically Equivalent Time-Invariant Forms for Time-Periodic Systems

In this study dynamically equivalent time-invariant forms are obtained for linear and non-linear systems with periodically varying coefficients via Lyapunov–Floquet (L–F) transformation. These forms are equivalent in the sense that the local stability and bifurcation characteristics are identical for both systems in the entire parameter space. It is well known that the L–F transformation converts a linear periodic first order system into a time-invariant one. In the first part of this study a set of linear second order periodic equations is converted into an equivalent set of time-independent second order equations through a sequence of linear transformations. Then the transformations are applied to a time-periodic quadratic Hamiltonian to obtain its equivalent time-invariant form. In the second part, time-invariant forms of nonlinear equations are studied. The application of L–F transformation to a quasi-linear periodic equation converts the linear part to a time-invariant form and leaves the non-linear part with time-periodic coefficients. Dynamically equivalent time-invariant forms are obtained via time-periodic center manifold reduction and time-dependent normal form theory. Such forms are constructed for general hyperbolic systems and for some simple critical cases, including that of one zero eigenvalue and a purely imaginary pair. As a physical example of these techniques, a single and a double inverted pendulum subjected to periodic parametric excitation are considered. The results thus obtained are verified by numerical simulation.     

流固耦合介质轴对称动力问题解法的改进

用直接求解常微分方程组解文［１］所得的控制方程，减少了传递矩阵计算工作量，避免了子阵求逆，使问题的求解得到了简化     

通过Adomian分解法求解二维Helmholtz方程

提出基于Adomian分解法求解二维Helmholtz方程。通过Adomian分解法可以把Helmholtz微分方程和边界条件分别转换成递归代数公式和适用符号计算的简单代数公式。利用边界条件可以很容易得到方程的解析解表达式。Adomian分解法的主要特点在于计算简单快速,并且不需要进行线性化或离散化。最后给出数值实例以验证Adomian分解法求解二维Helmholtz方程的有效性。通过数值计算可以发现,基于Adomian分解法的计算结果非常接近精确解,并且该方法具有良好的收敛性。这表明Adomian分解法能够快速有效求解Helmholtz方程。     

Symbolic computation of normal form for Hopf bifurcation in a neutral delay differential equation and an application to a controlled crane

A symbolic computation scheme and its corresponding Maple program are developed to compute the normal form for the Hopf bifurcation in a neutral delay differential equation. In the symbolic computation scheme, the neutral delay differential equation is considered as an ordinary differential equation in an appropriate infinite-dimensional phase space so that both center manifold reduction and normal form computation can be simultaneously conducted without computing center manifold beforehand. The Maple program is proved to provide an easy way to compute the normal form of the neutral delay differential equation automatically by only inputting some basic information of the equation. As an illustrative example, the application of the Maple program to a container crane with a delayed position feedback control is given. The results reveal that the normal form obtained by using the center manifold reduction and the normal form computation is in a full agreement with the result derived by applying the method of multiple scales. Moreover, numerical analysis is presented to validate the analytical results.     

非半单分叉的Normal Form计算

在文［１］基础上，提出一种仅知道派生线性系统零实部特征值时求解非线性系统非半单分叉ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ的方法．通过适当的分类，将要求解的线性代数方程组分为若干相互独立的方程组．将所求系数向量按字典序列排列后，各独立方程组的系数矩阵是上三角矩阵．在非共振情形，各系数向量可按反字典序列递推求出．在共振情形，根据文中的二个定理，巧妙地由一简单的常数矩阵的最大秩子矩阵，定位其系数矩阵的满秩子矩阵，解决了这类方程组的降维简化．通过消元法，把简化后的方程化成类似于半单分叉ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ求解过程中方程的形式，其解法也类似．该方法非常易于在计算机代数软件平台上程序化．