部分输入未知条件下结构动力复合反演的分解算法

在充分利用部分输入已确知而部分输入未知的激励特性的基础上，提出了结构动力复合反演的分解算法，该算法从源头上消除了迭代过程中参数识别与荷载反演的相互影响，降低了问题的计算规模。对于线性参数系统，该算法不经过任何迭代计算即可一次性完成结构参数识别及荷载反演。将其与松弛法结合，可解决非线性参数系统的识别问题，与文献[4]的方法比较，其收敛速度有显著提高。     

基于子结构的非线性参数系统动力反演方法研究

研究了输入、输出不完备情况下的非线性参数系统动力反演问题.将子结构技术与分解算法相结合,引入广义逆,无需迭代.直接求得待识别参数的极小范数最小二乘解,反演获得未知输入荷载.本文从理论上论证了该方法的收敛性和严格的适用条件,为有限测点条件下非线性参数系统的动力反演问题提供了一个较好的解决方法.与全量补偿算法相比,计算效率大大提高,具有广泛的工程实际应用前景.数值算例表明该方法具有很好的参数识别精度及荷载反演效果.     

求解非线性方程组的混沌分形方法

混沌分形是动力系统普遍出现的一种现象,牛顿-拉夫森NR(Newton-Raphson)方法是重要的一维及多维迭代技术,其迭代本身对初始点非常敏感,该敏感区是牛顿-拉夫森法所构成的非线性离散动力系统Julia集,在Julia集中迭代函数会呈现出混沌分形现象,提出了一种寻找牛顿-拉夫森函数的Julia点的求解方法,利用非线性离散动力系统在其Julia集出现混沌分形现象的特点,提出了一种基于牛顿-拉夫森法的非线性方程组求解的新方法,计算实例表明了该方法的有效性和正确性.     

弹性动力学反问题的数值反演方法

系统介绍了弹性动力学反问题中各种数值反演方法,包括各种近似下的线性化反演方法;非线性迭代反演方法;确定性和非确定性搜索的优化反演方法;大范围收敛的同伦反演方法以及多尺度反演方法。阐述了各类反演方法的原理、特点、适用范围和存在的局限性,指出了数值反演方法进一步研究的方向。      

基于泰勒级数展开的区间反演方法

实际结构或构件的几何与材料参数总包含不确定性,在对结构计算模型进行精确分析时,有时需要对参数不确定性进行量化。本文提出了一种用于区间参数识别的反演方法,即基于泰勒级数展开式分别建立参数与响应的区间中值、区间半径的对应函数关系,并通过构建两个反演问题来分步识别参数区间中值和半径,以避免区间扩张现象和简化优化反演过程。通过数值质-弹系统初步验证了方法的可行性,然后基于一组钢板的动测数据,识别了钢板的几何及材料特性参数的区间范围。研究结果表明,本文方法具有良好的区间反演精度,能有效地避免区间扩张现象,可以用于实际工程区间问题的求解。     

基于机器学习软骨细胞的时间依赖性力学行为及本构参数反演

探究软骨细胞机械负载下的力学特性对于理解软骨细胞的正常和病理状态以及骨性关节炎的病因至关重要. 基于软骨细胞有限元计算模型的力学响应与其本构参数之间的高度复杂非线性, 本文提出了分别利用双向深度神经网络TW-Deepnets模型和随机森林RF模型并结合有限元方法来识别软骨细胞本构参数的两种反演方法. 首先, 建立了软骨细胞的无侧限压缩实验有限元模型, 收集MSnHS本构参数空间点与对应的有限元计算模型的压缩反作用力响应数据集. 其次, 结合贝叶斯超参数优化算法搭建了用于软骨细胞本构参数反求的TW-Deepnets模型和RF模型, 对有限元收集的数据进行训练, 并利用单个软骨细胞受到50%压缩程度下的实验数据对软骨细胞的MSnHS本构参数进行了反求. 最后, 通过与实验曲线的对比验证了所提出的反演方法的有效性, 并引入决定系数R2对两种模型的预测准确性进行了对比评估, 检验了模型对各本构参数的预测性能, 分析了MSnHS本构模型中各参数影响软骨细胞力学响应的重要性占比. 结果表明, 本研究提出的本构参数反演方法能够有效获取软骨细胞的本构参数值, 从而准确描述软骨细胞的时间依赖性力学特性, 该方法也可进一步推广到生物细胞在静态或动态负载条件下的复杂参数反演问题.      

随机共振系统输出的一种新的反演方法

随机共振是一种在非线性系统中噪声起促进作用的反直观的现象。近年来，这一现象被应用到信号处理领域，以前大部分关于随机共振的工作都集中在考虑受噪声污染的简谐信号或者数字信号，将考虑多频模拟信号，以获得随机共振在信号处理中的更多有价值的信息，还原型随机共振系统的输出一直是一个困难的问题，但是在信号比较简单，例如简谐模拟信号和数字信号的情况下，可以有一些比较简便的方法，对于多频模拟信号，系统输出的还原就会相应地变得比较复杂。在分析非线性系统输出波形畸变原因的基础上，提出了一种新的反演方法，这种方法包含一个简单的反演公式，跃迁区域（信号严重失真段）的线性插值和最小二乘法的多项式曲线拟合。仿真结果表明，在适当选择系统参数的基础上，应用上述的反演方法可以得到比较理想的结果。     

基于Kriging代理模型的迭代更新高效反演方法

为提高混凝土坝等大体积结构参数反演效率和精度,减少由于应用有限元进行大量正分析而产生的计算机时,建立了一种结合Kriging代理模型和粒子群优化(PSO)算法的迭代更新反演方法。通过拉丁超立方抽样(LHS)方法确定初始样本点的空间分布,并使用有限元正分析获取对应的响应值,构建粗糙的初始代理模型,结合具有全局寻优能力的PSO算法,反演大体积结构的分区弹性模量,随之再代入有限元模型中,计算获取新的位移响应,并将其作为新样本加入到样本集中,通过迭代更新获得局部更高精度的代理模型。工程实际算例表明,该方法对混凝土坝等大体积结构参数反演精度较高和适用性好,且能大幅减少传统有限元模型反演方法所需消耗的正分析机时,提高反演效率。     

基于非线性模态和一种数值迭代法的陀螺连续体参数振动研究

以脉动流输流管为例,利用非线性模态技术和一种数值迭代法研究陀螺连续体的非线性参数振动响应问题.通过谐波平衡法将系统非线性非自治控制方程转化为拟自治方程,并在状态空间上利用不变流形法构造系统的非线性模态.以对应自治系统的解为初值,采用一种数值迭代法来求解拟自治控制方程的模态系数,结果证明了该迭代法的快速收敛性.在频域分析中得到了幅频响应和相空间上的不变流形,而在时域复模态分析中则发现了参激陀螺系统的正交相位差和行波振动现象.     

STUDY OF PARAMETRIC VIBRATION OF GYROSCOPIC CONTINUA BASED ON NONLINEAR NORMAL MODES AND A NUMERICAL ITERATIVE APPROACH

以脉动流输流管为例,利用非线性模态技术和一种数值迭代法研究陀螺连续体的非线性参数振动响应问题. 通过谐波平衡法将系统非线性非自治控制方程转化为拟自治方程,并在状态空间上利用不变流形法构造系统的非线性模态. 以对应自治系统的解为初值,采用一种数值迭代法来求解拟自治控制方程的模态系数,结果证明了该迭代法的快速收敛性. 在频域分析中得到了幅频响应和相空间上的不变流形,而在时域复模态分析中则发现了参激陀螺系统的正交相位差和行波振动现象.     

双相介质波动方程孔隙率反演的同伦方法

从材料响应的理论合成应与实际测量数据相拟合这一出发点，将双相介质波劝方程参数的反演问题转化为非线性算子方程的零点求解问题，从而应用一种大范围收敛的同伦方尘土注来解非线性算子方程，并把这种方法用于Simon(1984)给出的具有解析的一维双相介质模型的数值模拟，最后的数值结果表明，给出的算法是十分有效的。     

基于最优参数控制方法的齿轮系统混沌控制

基于最优参数控制方法,实现了齿轮传动系统中的混沌控制．以经典的间隙单齿轮副非线性动力学模型为研究对象,以啮合静载荷为控制参数,通过混沌吸引子中轨线的观测近似得到目标周期不动点、系统在目标不动点处的雅克比矩阵以及在控制原始参量处的梯度矩阵．最后运用最优参数控制策略计算得到啮合静载荷的小扰动量,实现了把齿轮系统的混沌运动镇定周期一轨道上的目的．研究结果表明,基于最优参数控制方法的控制过程,只是在控制的前几个周期内需要控制参数产生相对较大的扰动量,随着控制的继续进行,扰动量几乎稳定到了某一固定值,不再需要较大的变动．而且控制参数计算所需要的中间参量可以直接由混沌吸引子中轨线的观测近似得到,因而控制容易实现．     

Process and meaning: nonlinear dynamics and psychology in visual art

Creating and viewing visual art are both nonlinear experiences. Creating a work of art is an irreversible process involving increasing levels of complexity and unpredictable events. Viewing art is also creative with collective responses forming autopoietic structures that shape cultural history. Artists work largely from the chaos of the unconscious and visual art contains elements of chaos. Works of art by the author are discussed in reference to nonlinear dynamics. "Travelogues" demonstrates continued emerging interpretations and a deterministic chaos. "Advice to the Imperfect" signifies the resolution of paradox in the nonlinear tension of opposites. "Quanah" shows the nonlinear tension of opposites as an ongoing personal evolution. "The Mother of All Things" depicts seemingly separate phenomena arising from undifferentiated chaos. "Memories" refers to emotional fixations as limit cycles. "Compassionate Heart," "Wind on the Lake," and "Le Mal du Pays" are a series of works in fractal format focusing on the archetype of the mother and child. "Sameness, Depth of Mystery" addresses the illusion of hierarchy and the dynamics of symbols. In "Chasadim" the origin of worlds and the regeneration of individuals emerge through chaos. References to chaos in visual art mirror the nonlinear complexity of life.     

Nonlinear analysis of digital images and Doppler measurements for trophoblastic tumor

Cancer can be viewed as a complex adaptive system. Complex adaptive systems can be described mathematically by nonlinear (chaos) theory including asymmetry, fractal structure and autocorrelation factor. Taking into consideration spatial irregularity and heterogeneity of internal structures of tumor cells, we examined deterministic chaos of trophoblastic tumor for organ, cellular, molecular levels on digital images and their Doppler measurements of blood flow. The digital images were tested by evaluation of contours deformation level and quantitative heterogeneous pattern. The suggested algorithm for estimation of spatial chaos in digital medical image is based on calculation of the skew and the spread parameters, fractal dimension and autocorrelation function. Ultrasound images demonstrated higher values of the skew parameter for the uterus of choriocarcinoma patients than hydatidiform mole and healthy individuals. The registered changes in nonlinear dynamics of uterine artery blood flow are tending to diminish deterministic chaotic process in choriocarcinoma. Nonlinear analysis of cell images for chorionic villi and tumor supressor gene p16 evidenced the tendency of increase in spatial chaos for patients with choriocarcinoma. The concept of deterministic chaos is hierarchical for the host during trophoblastic disease.     

二维Logistic映射中的一种新型激变、回滞和分形

研究了二维Logistic映射不动点的性质,给出了在参数空间中二维Logistic映射发生第一次分岔的边界方程。采用相图、分岔图、功率谱、Lyapunov指数计算和分维数计算方法,揭示出具有二次耦合项的二维Logistic映射从规则运动转化到混沌运动所具有的普适特征:①系统是按Pomeau-Manneville途径通向混沌的,且其间歇性与Hopf分岔有关;②系统中存在一种新型循环激变:当参数连续变化时,不稳定周期轨道按固定顺序循环与奇怪吸引子的几个小部分相遇,并导致小部分两两合并,产生出较大的奇怪吸引子;③最大Lyapunov指数的曲线具有“回滞”特征,且回滞现象常伴随循环激变的出现。同时,作者对二维Logistic映射的Mandelbrot-Julia集(简称M-J集)的研究表明:M-J集的结构由控制参数决定,且它们的边界是分形的。     

GLOBAL BIFURCATION AND CHAOS IN A VAN DER POL-DUFFING-MATHIUE SYSTEM WITH A SINGLE-WELL POTENTIAL OSCILLATOR

The global bifurcation and chaos are investigated in this paper for a van der Pol-Duff-ing-Mathieu system with a single-well potential oscillator by means of nonlinear dynamics. The au-tonomous system corresponding to the system under discussion is analytically studied to draw all globalbifureation diagrams in every parameter space, These diagrams are called basic bifurcation ones. Thenfixing parameter in every space and taking the parametrically excited amplitude as a bifurcation param-eter, we can observe how to evolve from a basic bifurcation diagram to a chaos pattern in terms of nu-merical methods. The results are sufficient to show that the system has distinct dynamic behavior, Fi-nally, the properties of the basins of attraction are observed and the appearance of fractal basin bound-aries heralding the onset of a loss of structural integrity is noted in order to consider how to control theextent and the rate of the erosion in the next paper.     

结构可靠度分析FORM迭代算法的混沌控制

利用混沌控制原理对FORM收敛失败进行控制. 理清了全局性和局部性两类混沌反馈 控制各种方法的内在联系，说明稳定转换法和自适应调节法属于全局混沌反馈控制 方法，自适应调节法可视为稳定转换法的特例. 参 数调节混合法不过是松弛牛顿法的另一种表达形式，它们都属于局部混沌反馈控制方法. 阐 明了混沌反馈控制表达式与工程力学收敛控制迭代算法的对应关系. 也揭示了这些迭代算法 收敛控制措施的功效和局限性. 提出了一个以稳定转换法为主联合松弛牛顿法的混 沌反馈控制方法，对可靠度分析FORM迭代算法实现了周期振荡、分岔和混沌控制.     

概率约束评估的功能度量法的混沌控制

功能度量法是基于可靠度的结构优化设计中评估概率约束的一种方法,其改进均值(AMV)迭代格式具有简洁、高效的优点,但对一些非线性功能函数搜索最小功能目标点时可能陷入周期振荡或混沌解,本文利用混沌反馈控制的稳定转换法对功能度量法的AMV迭代格式实施收敛控制.首先展示一些功能函数应用功能度量法AMV格式迭代计算产生了周期解和混沌解现象,并对迭代算法进行了混沌动力学分析.然后利用稳定转换法对功能度量法迭代失败的参数区间进行混沌控制,使嵌入周期和混沌轨道的不稳定不动点稳定化,获得了稳定收敛解,实现了迭代解的周期振荡、分岔和混沌控制.     

The application and complexity analysis about a high-dimension discrete dynamical system based on heterogeneous triopoly game with multi-product

In production practice, firms usually produce multi-products rather than single products to obtain cost-saving advantages, cater for the diversity of consumer tastes and provide a barrier to entry. Based on nonlinear and economics theories, this paper establishes a discrete triopoly dynamical model which considers multi-product firms with heterogeneous expectations: naïve, adaptive and bounded rationality expectations. The discrete model is described by a 6-dimensional dynamical system. Thesis explores the path of the complexity of evolution and its intrinsic regularity, studies the influence of parameter change on the sensitivity level. The stable conditions of Cournot Nash equilibrium point are analyzed. The route to complex dynamics is investigated using 2-D and creative 3-D bifurcation diagrams by numerical experiment. The results show: the adaptive parameters can modify the stability of the market, but cannot lead to chaos independently; the bounded rationality parameters can arouse chaos for the whole market; larger differentiated degree of multi-product can suppress instability which is caused by adaptive and bounded rationality adjustment parameters. These results have significant theoretical and practical value to multi-product triopoly game with heterogeneous expectations in related markets.