哈密顿正则方程、正则变换和泊松括号 (Ⅱ)哈密顿函数显含时间t的情

本文利用切触流形的基本理论讨论了在哈密顿函数显含时间t 的情况下,哈密顿正则方程等物理概念的几何意义,从而阐明了正则变换问题并证明了泊松括号在含时的正则变换下也是一个不变量等结论.     

哈密顿正则方程、正则变换和泊松括号 (Ⅱ)哈密顿函数显含时间t的情

本文利用切触流形的基本理论讨论了在哈密顿函数显含时间t 的情况下,哈密顿正则方程等物理概念的几何意义,从而阐明了正则变换问题并证明了泊松括号在含时的正则变换下也是一个不变量等结论.     

哈密顿正则方程、正则变换和泊松括号 (Ⅰ)哈密顿函数不显含时间t的

微分几何是力学的自然框架.本文叙述了有关辛流形的一些基本事项,并利用它们对在哈密顿函数不显含时间t的情况下的哈密顿正则方程、正则变换等物理概念作了统一的处理,阐明了它们的几何意义, 并澄清了一些容易混淆的概念.     

哈密顿系统正则变换在时变最优控制中的应用

利用哈密顿系统正则变换和生成函数理论求解线性时变最优控制问题,构造了新的最优控制律形式并提出了控制增益计算的保结构算法. 利用生成函数求解最优控制导出的哈密顿系统两端边值问题,并构造线性时变系统的最优控制律,由第2类生成函数所构造的最优控制律避免了末端时刻出现无穷大反馈增益. 控制系统设计中需求解生成函数满足的时变矩阵微分方程组. 根据生成函数与哈密顿系统状态转移矩阵之间的关系,从正则变换的辛矩阵描述出发,导出了求解这组微分方程组的保结构递推算法.为了保持递推计算中的辛矩阵结构,哈密顿系统状态转移矩阵的计算中利用了Magnus级数.      

正则变换对哈密顿原理的边界条件的影响

有相当多的力学著作在正则变换的论述中,由原正则方程导得新正则方程的推证是值得研究的。且看如下的论述: "…哈密顿方程可从下面形式的最小作用量原理求得?)。"为了使新变量P和Q也满足哈密顿方程,最小作 ...     

含裂纹纳米板振动问题的哈密顿体系方法

基于裂纹处范德华力效应,采用非局部弹性理论构造纳米板模型,并通过导入哈密顿体系建立含裂纹纳米板振动问题的对偶正则控制方程组。在全状态向量表示的哈密顿体系下,将含裂纹纳米板的固有频率和振型问题归结为广义辛本征值和本征解问题。利用哈密顿体系具有的辛共轭正交关系,得到问题解的级数解析表达式。结合边界条件,得到固有频率与辛本征值的代数方程关系式,进而直接给出固有频率的表达式。数值结果表明,非局部尺寸参数和裂纹长度对纳米板振动的各阶固有频率有直接的影响。对比表明,辛方法是准确且可靠的,可为工程应用提供依据。     

辛几何及计算哈密顿力学

一切无耗散的真实物理过程都能表达成哈密顿体系.研究哈密顿力学离不开辛几何,而哈密顿力学的计算离不开辛算法.     

圆柱坐标系中弹性力学的哈密顿正则方程及其哈密顿单元方法

给出圆柱坐标系中弹性力学的哈密顿形式体系，用有限元法得到了哈密顿单元的半解析解，可用于求解复合材料叠层圆柱曲板问题。     

线性哈密顿系统的本征摄动法

利用哈密顿算子辛自共轭的特点讨论了保守哈密顿体系的摄动问题,给出了哈密顿矩阵的本征值与本征向量的二阶摄动分析方法。即当系统在哈密顿框架下进行较小修改时,不重复求解大型哈密顿矩阵的本征问题,只需在原系统的模态参数基础上进行模态分析即可,这种矩阵摄动法给出了修改后矩阵的二阶本征值和本征向量,为一般线性保守体系的本征摄动求解提出了一个新方法。     

正则变换下的哈密顿原理

正则变换是相空间中一类变量变换.2n 个正则共轭变量 qi 和 pi 变换成2n 个新变量Q_i=Q_i(q,p,t),P_i=P_i(q,p,t), (1)若在此变换下系统运动方程的正则形式不变,则称此变换为正则变换.设 H(q,p,t)和 H′(Q,P,t)分别是 ...     

圆柱坐标系中弹性力学的哈密顿正刚方程及其哈密顿单元…

给出圆柱坐标系中弹性力学的哈密顿形式体系，用有限元法得到了哈密顿单元的半解析解，可用于求解复合材料叠层圆柱曲板问题。     

平面粘性流体扰动与哈密顿体系

通过变分原理,将哈密顿体系的理论引入到平面粘性流体扰动的问题中,导出一套哈密顿算子矩阵的本征函数向量展开求解问题的方法。基于直接法求解流体力学基本方程,导出流场一般特征关系,通过本征值的求解及本征向量的叠加,得到波扰动解,继可分析流场端部效应。从而在该领域用在哈密顿体系下辛几何空间中研究问题的方法代替了传统在拉格朗日体系欧几里德空间分析问题的方法。为流体力学的研究提供一条新途径。     

非线性随机动力学与控制的哈密顿理论框架

 近几年来，笔者提出与发展了随机激励的耗散的哈密顿系统理 论，包括精确平稳解、等效非线性系统法、拟哈密顿系统随机平均法、 拟哈密顿系统的随机稳定性与随机分岔、首次穿越损坏分析方法及非 线性随机最优控制策略，从而构成了一个非线性随机动力学与控制的 哈密顿理论框架.本文简要介绍这一理论框架.     

哈密顿系统结构因子对输出特性的敏感性分析

论文基于多因素敏感性分析的数值计算方法,将广义哈密顿系统结构因子作为影响因素,提出一种广义哈密顿结构敏感性分析的数值计算方法.定义暂态敏感性及稳态敏感性的概念,建立了相应的敏感性分析计算模型.针对广义哈密顿系统结构因子的关联特性和非线性,将关联因子分为单因素、多因素和零关联三类,对零关联问题进行了分析.以非线性水轮发电机组广义哈密顿模型中零关联项的敏感性计算为例,给出广义哈密顿结构敏感性分析方法的应用步骤和计算说明,分析了零关联项对系统主要输出特性的暂态和稳态影响程度与规律.结果表明,所提出的计算方法有效,该方法为非线性动力学系统的结构分析提供了有益的参考.     

拟哈密顿系统的随机稳定性

迄今，有关随机稳定性的具体研究成果在多限于单自由度或二维线性随机系统。本文简要介绍近来我们在多自由度拟哈密顿系统（在弱随机激励与小耗散力作用下的哈密顿系统）的随机性上取得的一些新成果。     

由哈密顿原理导出Navier-Stokes方程

本文用分析力学中的哈密顿原理导出了Nav-ierStokes 方程,并给出了连续介质的拉格朗日方程.     

拟可积哈密顿系统中噪声诱发的混沌运动

研究拟可积哈密顿系统在谐和与噪声激励联合作用下的混沌运动。通过对噪声性质的假定,并利用动力系统理论,给出了高维梅尔尼科夫方法应用于随机拟可积哈密顿系统的推广形式。根据这种推广的方法,研究了谐和与高斯白噪声激励联合使用下两自由度拟可积哈密顿系统 同宿分岔,得出了系统发生混沌运动的参数阈值,并由此讨论了噪声对系统的混沌运动的影响。蒙特-卡罗方法模拟、李雅普诺夫指数等数值结果表明,这种推广的方法是有效的。     

随机和区间非齐次线性哈密顿系统的比较研究及其应用

随着计算机技术的飞速发展,更高效、更稳定和长时间模拟能力更强的数值算法需求迫切.哈密顿系统辛算法与传统算法相比在稳定性和长期模拟方面具有显著优越性.但动力系统中不可避免地存在大量不同程度的不确定性,动力学分析中需要考虑这些不确定性的影响以确保合理有效性. 然而,目前考虑参数不确定性的哈密顿系统响应分析的研究基础还比较薄弱. 为此,本文考虑随机和区间参数不确定性,对两种不确定性非齐次线性哈密顿系统分析计算结果进行了比较研究,从而突破了传统哈密顿系统的局限性, 并应用于结构动力响应评估中. 首先,针对确定性非齐次线性哈密顿系统, 提出了考虑确定性扰动的参数摄动法;在此基础上, 分别提出了随机、区间非齐次线性哈密顿系统的参数摄动法,得到了它们响应界限的数学表达; 随后,用数学理论推导得到了区间响应范围包含随机响应范围的相容性结论; 最后,两个数值算例在较小时间步长下验证了所提方法在结构动力响应中的可行性和有效性,体现了随机、区间哈密顿系统响应结果之间的包络关系,并在较大时间步长下与传统方法相比较凸显了哈密顿系统辛算法的数值计算优势、与蒙特卡洛模拟方法相比较验证了所提方法的精度.      

随机和区间非齐次线性哈密顿系统的比较研究及其应用

随着计算机技术的飞速发展,更高效、更稳定和长时间模拟能力更强的数值算法需求迫切.哈密顿系统辛算法与传统算法相比在稳定性和长期模拟方面具有显著优越性.但动力系统中不可避免地存在大量不同程度的不确定性,动力学分析中需要考虑这些不确定性的影响以确保合理有效性.然而,目前考虑参数不确定性的哈密顿系统响应分析的研究基础还比较薄弱.为此,本文考虑随机和区间参数不确定性,对两种不确定性非齐次线性哈密顿系统分析计算结果进行了比较研究,从而突破了传统哈密顿系统的局限性,并应用于结构动力响应评估中.首先,针对确定性非齐次线性哈密顿系统,提出了考虑确定性扰动的参数摄动法;在此基础上,分别提出了随机、区间非齐次线性哈密顿系统的参数摄动法,得到了它们响应界限的数学表达;随后,用数学理论推导得到了区间响应范围包含随机响应范围的相容性结论;最后,两个数值算例在较小时间步长下验证了所提方法在结构动力响应中的可行性和有效性,体现了随机、区间哈密顿系统响应结果之间的包络关系,并在较大时间步长下与传统方法相比较凸显了哈密顿系统辛算法的数值计算优势、与蒙特卡洛模拟方法相比较验证了所提方法的精度.     

关于正则变换的一个注记

<正> 1.引言在证明哈密顿原理对正则变换的不变性的过程中,除了数学公式之外,还要进行颇为复杂的逻辑推理.在一些力学著作中,这一证明过程的数学步骤诚然完美无缺,但其逻辑步骤却失之