非线性动力学的轨线分析方法

提出一种新的非线性动力学分析方法论。其要点为先求取完整的时间响应曲线，再利用适当的满秩线性变换，将高维轨线映射到一系列单自由度空间或两维平面，在这些低自由度的轨线中严格地保持原系统的动态特性，并提取深层信息。按此思路研究高维系统的有界稳定性，提出了互补簇族际能量壁垒准则。该准则利用“互补簇惯量中心相对位移”变换，将受扰轨迹有界稳定的充要条件保留在单自由度的主导映象上。在扩展相平面上评估各映象轨迹的稳定裕度后，取最小值为原多维轨线的稳定裕度。该方法普适于高维非自治非线性动力系统，已被工程化为当前世界上惟一能进行有界稳定性量化分析的商品软件包，并在中，法，美和加拿大等国的电力工程中得到广泛应用。按照同样的思路研究高维分岔与混沌，本文提出坐标平面投影法：将n维变量分为一个2维子系统X1和与之互补的X2，并将关于X1的微分方程中的X2处理为时变参数。先研究X2对X1奇点位置及性质的影响，得到分岔集。再考察特定条件下的时间响应曲线，将其中的X1（t)显示在相平面，而在参数空间中反映X2（t)与分岔集相交的情况，就可识别X1（t)性态突变的点。分别分析n-1个独立的坐标平面，就可揭示高维分岔和混沌的本质。作为示例，对Lorenz系统的混沌机理进行了清晰的剖析。     

坐标平面投影法及其在Lorenz混沌系统中的应用

坐标平面投影法（CPP）是研究搞维动力系统解性态的一种半解析半数值方法。它直接在状态空间中降维。通过保留2维物理空间变量，将其余变量设为该2维动力系统的虚拟参数，可研究该2维空间（降维系统RDS）中解的性态。所设虚拟参数由对原高维系统直接数值积分得到。由于在低维（2维）空间解析分析中引入由数值积分得到的虚拟参数，使得这一方法具有特色。本文通过Lorenz混沌系统，对CPP在研究高维系统解性态方面的有效性进行了探讨。结果表明，这一方法思想朴素，分析简单，从一个全新的角度对Lorenz混沌吸引子进行了解释，阐明了非线性混沌系统通向混沌的道路。本文还证明了降维系统（RDS）与高维系统（HDS）奇点之间的关系，对进一步研究HDS解的全面性态提供了条件。     

Chen系统的非线性动力学究研

利用受控Chen系统，并基于镜像操作方法，发现Chen吸引子是由左、右两个吸引子所组成的复合结构，且左、右吸引子均可由极限环生成。采用一维时间序列相空间重构技术和系统混沌的定量判据准则，揭示出Chen系统从规则运动转化到混沌运动所具有的普适特征：Chen系统可通过Pomeau-Manneville途径走向混沌，且其间歇性与Hopf分岔和倍周期分岔有关、在这些途径上既可观察到锁相和准周期运动，也可观察到类Chen吸引子、Chen系统和Lorenz系统之间的过渡吸引子和类Lorenz吸引子。     

一个新三维自治系统的动力学行为的普适特征

基于Vanecek和Celikovsky对三维自治系统的分类方法，本文给出了介于Lorenz系统和Chen系统之间的新系统。采用一维时间序列相空间重构技术和系统混沌的定量判据准则，揭示出新系统从规则运动转化到混沌运动所具有的普适特征：新系统可通过Pomeau-Manneville途径走向混沌，且其间歇性与Hopf分岔有关，在这些途径上既可观察到锁相和准周期运动，也可观察到类Lorenz吸引子、Lorenz系统和Chen系统之间的过渡吸引子、类Chen吸引子和与前三者具有不同结构特征的奇怪吸引子。     

六线涡量探针的测量原理与应用

介绍六线涡量探针和六通道热线风速仪的研制成果，应用该探针可同时测量两个涡量分量ωx和ωy（或ωx和ωz），以及3个速度分量u,υ，ω等相应的瞬时脉动值和统计平均值，从而可进一步测量湍流场内的湍能和雷诺应力，以及螺度和涡拟能等参量，还报道了应用该六线涡量探针，测量二维混合层内各湍流参量以及涡量分量ωx、ωy和ωz统计平均值的分布结果，并与前人的结果作了比较。     

食饵-捕食者相互作用系统的定性分析

本文运用Liapunov第二方法，研究了食饵-捕食者系统｛x^·=f(x)-φ(x)τ(y)y^·=-eh(y) kh(y)φ(z)正平衡点的稳定性，并利用Poincare-Bendixon环域定理及张芷芬唯一性定理，论证了在R2^ =｛(x,y):x>0,y>0｝内极限环的存在唯一性及其稳定性。     

功能梯度压电材料板的有限元解

本文利用变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、板的边界条件等，推导出功能梯度板的有限元方程。其中考虑了横向剪切变形的影响，采用了板变形问题的Mindlin假设，板内电势设为声：Ф=ψ0（x,y）＋ψ1（x,y）z＋ψ2（x,y）z^2＋ψ1（x,y）g（z），并假设材料的力学和电学常数均沿板厚度z方向按同一函数规律K=K^0f（z）变化，其中f（z）为任意的函数形式。为了验证本文方法的正确性，以功能梯度压电材料正方形板为例，使板所受的机械荷载和电荷载以及函数f（z）的形式与参考文献中所给出的相同，利用本文中提出有限元法计算了功能梯度板的电势和位移，所得结果与参考文献中的几乎一致。最后用此法计算四边简支，接地，线性梯度的PZT-4正方形板受均布荷载作用下的挠度和电势分布。     

圆Couette流中吸引子的动力学行为

本文通过激光散射的功率谱密度、相图、Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面和关联维数，对圆Ｃｏｕｅｔｔｅ流吸引子进行了刻划，揭示了这种吸引子随雷诺数Ｒｉ变化的动力学行为。首次报导了在对应混沌态的功率谱中观测到了高频成分，并结合维数随Ｒｉ的变化图象，证实了圆Ｃｏｕｅｔｔｅ流汲引子低维特性。     

空孔与运动裂纹相互作用的动焦散线实验研究

为研究预制裂纹不同偏移距离时运动裂纹与空孔的相互作用规律，采用动态焦散线实验系统，将预制裂纹的偏移距离设定为唯一变量，对含空孔的有机玻璃(PMMA)试件进行冲击三点弯实验。研究表明，存在两个临界距离:（6 mm (2 R )、9 mm (3 R )），在该偏移距离下，裂纹扩展轨迹、动态断裂特性发生显著改变:(1) 预制裂纹偏移距离不大于3 mm时，裂纹贯穿空孔，发生二次起裂，且二次起裂的速度与应力强度因子显著大于一次起裂，无偏移时裂纹轨迹的分形维数为最小值；(2) 偏移距离增大至6 mm时，裂纹不再贯穿空孔，空孔对裂纹先吸引后排斥，裂纹速度与应力强度因子先减小后增大，裂纹轨迹的分形维数达到最大值；(3) 偏移距离大于6 mm时，空孔对裂纹的吸引作用逐渐减小，大于9 mm后，空孔对裂纹的吸引不再显著，裂纹起裂后即向落锤加载方向扩展直至贯穿试件。     

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。     

非线性系统全局动态特性分析的PCM法及其在转子轴承系统中的应用

本文将Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射的思想与胞映射法相结合，提出了可用于高维非线性动力系统全局稳定性分析的新型数值方法：ＰＣＭ（Ｐｏｉｎｃａｒｅ－Ｃｅｌｌ－Ｍａｐｐｉｎｇ）法，和胞映射法相比，新方法在实用上具有明显的优点。为说明ＰＣＭ法的有效性，本文应用此方法对平衡转子轴承非线性动力系统进行了全局稳定性分析，同时给出了一确定状态空间中存在的所有周期解及其吸引域。     

关联表面分形特性的润滑模型

在分配有面粗糙度与材料表面分形特性关系的基础上，将分形特性引入润滑方程，提出了关联表面分形特性的润滑模型，并分析了润滑模型中压力流量因子和剪切流量因子与表面分形维数之间关系。计算结果表明：在相同分形维数（D）下，随着微突体纵横比v的增大，压力流量因子和剪切流量因子相应增大，且其随分形维数D的变化同随油膜粗糙度比H的变化相比呈现出更强的不规则特性，出现局部最大和最小值，并且分辨率较高。     

胞映射中的拓扑度方法

本文给出了Ｎ维动力系统的数值拓扑方法。该方法是胞映射方法的辅助方法，可用于高维动力高维动力系统全局性质的分析，除了有理论价值外，还可用来寻找并确定强非线性系统的周期解，此外还给出了一种迭代格式，便各计算工便于计算机实现。     

求一般结构系统部分复模态的Ritz向量法及应用

构造了一种获取一般结构系统（刚度，阻尼矩阵可以是非对称的）Ｒｉｔｚ向量基的迭代方法，从而可以高维阻尼系统部分复模态解降价成为一个低维二次特征问题，将此降阶后的二次特征问题化成标准特征值后即可用ＱＲ方法求得系统的部分低阶持征解，作为应用，对一个实际转子－轴承系统的动力特性进行了计算分析。     

结构损伤的小波分形神经网络检测

用神经网络进行结构损伤检测、分析的有效性在很大程度上取决于训练样本的好坏。小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力,小波包分析利用可以伸缩和平移的可变视窗能够聚焦到信号的任意细节,因此对有损伤的结构的非线性动力特性能进行有效的分析。利用分形几何方法不依赖于系统的数学模型的特点,将分形维数与小波分析相结合,建立了结构损伤的小波分形神经网络检测方法。研究结果表明,结构不同状态下的振动信号的各频段分形维数有明显的不同,可以将振动信号的各频段分形维数作为结构损伤检测的特征量,并用神经网络将结构的不同状态模式识别出来。     

基于GPS的先验地图辅助视觉惯性定位方法

为提高视觉惯性导航系统定位精度，解决其航向缺失且无法提供绝对地理位置的问题，提出一种利用GPS生成先验地图来辅助视觉惯性同时定位与地图构建(SLAM)方法。将每一帧图像采集点的GPS地理坐标投影成绝对高斯坐标，与视觉关键帧信息同步，构建先验地图。利用词袋模型进行闭环检测，由视觉重投影误差因子、IMU残差因子、先验图像重投影误差因子共同构建目标优化函数，基于最小二乘法进行位姿估计与优化。通过地面车载和低空机载实验对该方法进行了验证，实验结果表明：相比于无先验地图的定位方法，x、y、z方向的平均定位误差分别降低了68.2%、75.1%、46.4%以上；相比于有先验地图(未融合GPS)的定位方法，x、y、z方向的平均定位误差分别降低34.9%、51.5%、19.4%以上，有效提高了视觉惯性导航系统在大范围环境中的定位精度。     

二维Logistic映射的分岔与分形

理论分析了二维Logistic映射的分岔，并采用相图、分岔图、功率谱、Lyapunov指数和分维数计算的方法，揭示出：二维Logistic映射可按倍周期分岔和Hopf分岔走向混沌；在倍周期分岔过程中，系统在参数空间和相空间中都表现出自相似性和尺度变换下的不变性．对二维Logistic映射的吸引盆及其Mandelbrot-Julia集(简称M-J集)的研究表明：吸引盆中周期和非周期区域之间的边界是分形的，这意味着无法预测相平面上点运动的归宿；M-J集的结构由控制参数决定，且它们的边界是分形的．     

合作系统的稳定性与凝血动力学

本文对于合作系统提出比不可约性更广的相对不可约性概念，分析该系统的稳定性结构，建立相应的理论，并对内源性瀑布机制提凝血动力系统进行分析，研究其轨道结构，吸引子和局部全局的稳定性态。     

参数激励耦合系统的复杂动力学行为分析

分析了耦合van der Pol振子参数共振条件下的复杂动力学行为．基于平均方程，得到了参数平面上的转迁集，这些转迁集将参数平面划分为不同的区域，在各个不同的区域对应于系统不同的解．随着参数的变化，从平衡点分岔出两类不同的周期解，根据不同的分岔特性，这两类周期解失稳后，将产生概周期解或3—D环面解，它们都会随参数的变化进一步导致混吨．发现在系统的混沌区域中，其混吨吸引子随参数的变化会突然发生变化，分解为两个对称的混吨吸引子．值得注意的是，系统首先是由于2—D环面解破裂产生混吨，该混吨吸引子破裂后演变为新的混吨吸引子，却由倒倍周期分岔走向3—D环面解，也即存在两条通向混沌的道路：倍周期分岔和环面破裂，而这两种道路产生的混吨吸引子在一定参数条件下会相互转换．     

一种岩石断面形貌间接描述的新方法研究

基于图像图形学的YUV颜色模型理论,本文提出了一种间接描述岩石断面形貌的新方法,即YUV维数法。选定一张有m个像素点的彩色数码照片,以每个像素点的Y(灰度)、U、V(色彩和色饱和度)分量分别构造欧氏空间中对应点的z、x、y坐标分量。在每个像素点处均采用上述构建方法,可在欧氏空间中确定m个点(与像素个数相同),连接构造的m个点,即可构建粗糙的YUV表面。采用分形布朗运动理论,导出了n-1~n维分形体的自仿射维数计算方法,并特例化至2~3维。求解YUV表面的自仿射维数,该维数即为YUV维数。为验证YUV维数方法的可行性,分别完成了同一岩石断面的YUV维数数值试验、激光表面仪扫描试验、扫描电子显微镜扫描试验,并采用YUV维数、普通维数和灰度维数分析同一试件的表面形貌特征。对比分析显示,相同试件的YUV维数与普通维数基本相同,且与灰度维数总体趋势近似一致。这证实了YUV维数方法的可行性。另外,计算YUV维数过程中,由于采集初始数据(彩色照片)的设备是数码相机,所以它克服了普通维数的缺陷。同时,YUV模型表征的真彩图片颜色包含了颜色的灰度、色彩和色饱度,而灰度图仅保存了灰度信息。所以,YUV维数比灰度维数更全面充分揭示了图像的分形几何特征。总之,YUV维数有着普通维数和灰度图维数无法比拟的优越性,是一种间接描述表面形貌描述的新方法。