多自由度非线性随机系统的响应与稳定性

响应与稳定性分析一直是随机动力学研究的热点, 发展预测随机响应及判定系统响应性态的方法具有重要的科学意义与广阔的应用前景. 本文综述了有关多自由度非线性随机系统的响应与稳定性的研究. 首先简介用于随机系统响应预测的Fokker-Planck-Kolmogorov方程法、随机平均法、等效线性化法、等效非线性系统法和Monte Carlo模拟法, 评述其优缺点, 进而讨论了多自由度非线性随机系统响应的精确平稳解、近似瞬态解的研究现状. 然后介绍了随机系统稳定性分析的两类方法, 即Lyapunov函数法及Lyapunov指数法,并综述了多自由度非线性随机系统稳定性分析的研究现状. 最后给出几点发展建议.     

非线性系统非平稳随机响应的时域模态分析法

采用时域模态分析和统计线性化法，得到了一个计算非线性多自由度系统非平稳随机响应的方法。该方法是基于统计线性化参数在一系列微小时间间隔内保持不变，而在这些微小时间间隔的分界点突然改变的假定。考虑了等效线性化系统的时变性；获得了响应协方差矩阵的递推关系。给出了两个算例，并将计算结果与相应的数字模拟结果进行了比较。结果证明该方法是具有满意精度和有效，而且可用于时变系统     

基于state-space-split法的滞回非线性系统随机动力响应分析

采用SSS(state-space-split)法,建立了引入Bouc-Wen滞回模型的杜芬非线性系统在高斯白噪声激励下的概率密度函数(PDF)的近似求解方法,分析了其随机动力响应变化规律.首先,将Bouc-Wen滞回模型引入杜芬非线性系统,分别考虑非线性系统中的几何非线性和材料非线性对动力响应的影响.随后,对该模型进行了等效线性化(EQL)处理,基于等效线性化法结果,介绍了SSS法的简化方法和计算原理,并通过该方法求解了三维FPK方程的近似联合概率密度函数.最后,将该方法应用于三个案例和一个工程实例,通过求解其概率密度函数分布及动力可靠度验证了提出方法的适用性、可行性和优越性.     

随机外激励作用下非线性系统响应演变概率密度

对随机高斯外激励作用下强非线性振动系统响应演变概率密度函数求解问题进行探讨.应用随机函数空间的正交分解理论,将由熵方法定义的指数形式概率密度函数表达式在随机泛函空间中展开,推导了展开级数所满足的FPK方程.运用加特金方法,将概率密度与系统状态向量共同表征的偏微分方程求解问题转化为求解逼近系数的一阶常微分方程组形式,使得问题求解成为可能.数值算例中研究了随机外激励作用下下一阶与二阶随机非线性系统响应概率密度函数求解问题,初步讨论了随机非线性系统响应概率密度函数的瞬态演化过程.     

多自由度柔性结构非线性随机振动响应分析方法

随机等效线性化方法是多自由度结构非线性随机振动分析的有效方法,然而柔性结构隐式的系统方程限制了该方法的应用.本文首先提出了把多自由度柔性结构隐式系统方程显式化的等效非线性系统建立方法,该方法结合模态分析,将系统几何非线性作用等效为模态坐标的高次多项式组合,把多自由度物理系统转化为容易求解的模态系统;在此基础上运用随机等效线性化技术建立柔性结构非线性随机振动响应分析方法.该方法通过引入虚拟激励原理,大幅提高了计算效率,使对多自由柔性结构的非线性随机振动响应分析成为可能.通过算例分析,本文分析结果和精确解与数值模拟解的比较结果表明,本文方法具有较好的计算精度和较高的计算效率,能够应用于实际柔性工程结构的随机振动响应分析.     

拟哈密顿系统非线性随机最优控制

主要介绍近十几年来拟哈密顿系统非线性随机最优控制理论方法及其应用的研究成果, 包括基于拟哈密顿系统随机平均法与随机动态规划原理的非线性随机最优控制基本策略, 即响应极小化控制、随机稳定化、首次穿越损坏最小化控制、以概率密度为目标的控制, 为将它们应用于工程实际而作的部分可观测系统最优控制、有界控制、时滞控制、半主动控制、极小极大控制的进一步研究, 以及综合考虑这些实际问题的非线性随机最优控制的综合策略, 非线性随机最优控制在滞迟系统、分数维系统等中的若干应用, 介绍与这些研究有关的背景, 并指出今后有待进一步研究的问题.     

高维非线性振动系统参数识别

将增量谐波平衡非线性识别推广到高维振动系统, 推导了基于增量谐波平衡的多自由度非线性系统的识别方程. 针对一个两自由度系统进行了数值模拟计算, 讨论了系统在单周期、倍周期和混沌运动状态下的参数识别, 以及噪声对识别结果的影响, 验证了增量谐波平衡非线性识别在多自由度系统中的有效性. 结果表明, 该方法具有较高的计算效率和识别精度, 以及良好的抗噪能力.      

随机最优控制方法识别动力学系统局部非线性

利用随机动态规划方法可以得到线性二次型高斯问题的最优控制解．基于这一结果与系统辨识问题最优控制解的概念,将动力学系统中局部非线性结构参数的辨识问题转化为求解对应线性系统的最优控制问题,利用线性系统随机最优控制的理论与方法,结合FSM（ForceStateMapping）方法,提出了识别动力学系统中局部非线性回复力类型及结构参数的新方法．所研究系统由大的线性子结构与一个或多个非线性子结构组成,其中线性结构的模型参数已知,待辨识量为局部非线性结构参数．     

非线性系统的随机振动

本文评述了最近发展的分析随机干扰下的一般非线性机械和结构系统的方法。重点放在这些方法对承受非平稳随机激励的多自由度非线性系统的适用性及对多自由度系统有限元分析的适应性上。     

非线性系统在非白噪声激励下非平稳响应的中心差分法

本文采用随机中心头工分法和统计线笥化方法，获得了一个受非白噪声激励的非线性系统非平稳响应的递椎关系。给出了两个自算例并将计算结果与其它文献的结果进行了比较。结果证明该方法不仅简单、精度高，有效，而且经济实用。     

一种几何大变形下的非线性气动弹性求解方法

非线性气动弹性的时域求解中, 涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题. 基于Co-rotational理论, 推导了三维壳单元几何非线性下的切线刚阵和内力公式, 针对推进过程中的能量守恒, 引入预估-校正推进格式, 发展了一种近似能量守恒的非线性动态响应算法; 基于1/2时间步的交错耦合格式, 结合带有几何守恒律的双时间推进求解雷诺平均N-S方程的求解器, 发展了非线性气动弹性求解的高精度耦合格式. 通过结构几何大变形下的静力和动力分析验证了所发展的结构非线性求解器, 并通过AGARD445.6机翼的非线性气动弹性响应分析, 说明了所发展耦合求解方法的实用性.      

NONLINEAR RESPONSES OF A FLUID-CONVEYING PIPE EMBEDDED IN NONLINEAR ELASTIC FOUNDATIONS

The nonlinear responses of planar motions of a fluid-conveying pipe embedded in nonlinear elastic foundations are investigated via the differential quadrature method discretization （DQMD） of the governing partial differential equation. For the analytical model, the effect of the nonlinear elastic foundation is modeled by a nonlinear restraining force. By using an iterative algorithm, a set of ordinary differential dynamical equations derived from the equation of motion of the system are solved numerically and then the bifurcations are analyzed. The numerical results, in which the existence of chaos is demonstrated, are presented in the form of phase portraits of the oscillations. The intermittency transition to chaos has been found to arise.     

非线性流体弹性力学研究进展

流体弹性力学理论是用来描述液体、气体的运动与弹性结构相互作用的学科.由于其交叉性质, 涉及到人类日常生活中的方方面面,致使在许多学科和工程领域中都成了主要的研究内容,并得到了广泛地应用.本文在阐述研究流体与弹性体相互作用的非线性问题的重要意义及分类方法的基础上,介绍了非线性流体弹性力学的特征、研究现状和非线性问题的研究方法,如理论分析法、实验分析法、数值分析法和半解析法等的进展;介绍了描述介质相互作用的任意拉格朗日-欧拉(ALE)法、相容拉格朗日-欧拉(ULE)法、单一拉格朗日(SL)法和单一欧拉(SE)法之间的关系,并且对这些研究方法的优缺点进行了比较;介绍了非线性流体弹性力学研究的内容和在气动弹性力学、水弹性力学、环境流体弹性力学、微尺度流体弹性力学和涡激振动等领域中的应用;阐述了非线性流体弹性力学的发展前景和所面临的任务.      

非线性力学与计算

本文阐述了计算在非线性力学中的地位与作用,并分析了在非线性力学计算中可能遇到的数学问题。列举了在非线性力学若干研究领域中的前沿课题,还探讨了如何充分利用计算机功能与资源的问题。      

具有组合非线性阻尼的非线性能量阱振动抑制响应分析

非线性能量阱是一种振动能量吸收装置,其在结构振动抑制中具有十分重要的作用.文章对具有组合非线性阻尼非线性能量阱的系统进行振动抑制相关的分析.首先对具有组合非线性阻尼非线性能量阱的系统进行理论模型的描述,对系统模型的运动方程利用复变量平均法进行推导,得到系统的慢变方程.其次对系统的慢变方程运用多尺度法进行强调制响应的分析,通过对系统进行慢不变流形和相轨迹的研究,描述系统强调制响应发生的条件基础.此外,还利用一维映射对系统进行分析,揭示外激励幅值对强调制响应存在时频率失谐系数取值区间的影响规律.最后利用能量谱、时间响应和庞加莱映射对耦合组合非线性阻尼非线性能量阱系统进行了振动抑制的相关研究,揭示组合非线性阻尼的非线性能量阱不同阻尼比、阻尼和刚度对其振动抑制效果的影响规律,得出组合非线性阻尼非线性能量阱和主结构响应存在一致性的现象,并验证所提出的组合非线性阻尼非线性能量阱模型具有较好的振动抑制能力.     

滑坡系统非线性识辨

基于现代控制论中的平滑、滤波、预测和参数估计理论，研究了滑坡系统非线性识辨的理论及实现方法。分析了该理论的应用前景。     

两自由度可调非线性减振器

研究了可调非线性减振器的优化设计.基于哈密尔顿最小势能原理建立非线性动力学模型,系统局域参数内,实现非线性系统幅值优化.利用平均法求解可调非线性减振器频响方程.分析系统解的稳定性,优化系统参数,降低系统幅值响应.     

悬索桥的非线性分析

为进行悬索桥的几何非线性分析，建立了梁单元的刚度矩阵及有关算法，通过算例验证了方法是可行的。     

NONLINEAR STABILITY FOR EADY＇S MODEL

IntroductionEady’smodelisanimportantexampleof 3_dimensionalcontinuouslystratifiledquasi_geostrophicmotion[1].Recently ,someresultsofnonlinearstabilityforEady’smodelwereobtained[2 ,3],wheretheresultofRef.[3 ]istheimprovementofRef.[2 ] ,suchthattheresultisthebestinsomesense[4 ].Inthispaper,theresultofRef.[3 ]isimprovedbyestablishinganenhancedPoincar啨ｔｙｐｅｉｎｔｅｇｒａｌｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ .ThenewresultshowsthatthenecessaryandsufficientlinearstabilityconditionforEady’smodelisalsothesu…     

NONLINEAR STABILITY FOR EADY'S MODEL

IntroductionEady’smodelisanimportantexampleof 3_dimensionalcontinuouslystratifiledquasi_geostrophicmotion[1].Recently ,someresultsofnonlinearstabilityforEady’smodelwereobtained[2 ,3],wheretheresultofRef.[3 ]istheimprovementofRef.[2 ] ,suchthattheresultisthebestinsomesense[4 ].Inthispaper,theresultofRef.[3 ]isimprovedbyestablishinganenhancedPoincar啨ｔｙｐｅｉｎｔｅｇｒａｌｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ .ThenewresultshowsthatthenecessaryandsufficientlinearstabilityconditionforEady’smodelisalsothesu…