基于时程深度学习的流场特征分析方法

流场的特征分析是流体力学的重要研究方向,传统方法主要根据流动参数量值的大小加以判断,所得结果受选取的参数形式及主观阈值影响大.本文提出了基于流场时程深度学习的流动特征分析新方法,建立了基于自动编码的流动特征提取模型;采用无监督训练方法充分挖掘流动时程信号中的隐含特征,进行流场中复杂时序特征的低维表征与特征分析.开展了R...     

基于POD-Galerkin降维方法的热毛细对流分岔分析

作为流动与传热相互耦合的非线性过程, 热毛细对流有着复杂的转捩过程, 探究流场和温度场随参数变化而发生的分岔现象, 是热毛细对流研究的一个重要课题. 基于本征正交分解的POD-Galerkin降维方法可以通过提取特征模态, 构建低维模型, 实现流场的快速计算. 数值分岔方法可以通过求解含参数动力系统的分岔方程, 直接计算稳定解和分岔点. 探究了将直接数值模拟方法、POD-Galerkin降维方法、数值分岔方法的优势结合, 以提高热毛细对流转捩过程分析效率的可行性. 利用直接数值模拟得到的流场和温度场数据, 构建了不同体积比下, 二维有限长液层热毛细对流的POD-Galerkin低维模型, 在低维模型上采用数值积分及数值分岔方法计算了分岔点, 得到了低维方程的分岔图. 在一定参数范围内, 在低维模型上模拟热毛细对流, 对雷诺数和体积比进行参数外推, 通过与直接数值模拟的结果对比, 验证了低维模型的准确性与鲁棒性. 说明了低维方程可以定性反映原高维系统的流动特性, 而定量方面, 由低维模型和直接数值模拟计算得到的周期解频率的相对误差大约为5%. 验证了利用POD-Galerkin降维方法研究热毛细对流的可行性.      

具有刚性约束的非线性动力系统的局部映射方法

对具有刚性约束的n维非线性动力系统进行研究,建立了该类系统在刚性约束附近的局部映射关系.又根据连续性和横截性条件,通过几何方法推导并证明了局部映射的Jacobi矩阵的解析式.然后,通过引入局部映射,并利用Poincar啨映射方法,基于Floquet理论对刚性约束的n维非线性动力系统的周期运动的稳定性和分岔进行分析,给出了该类系统Poincar啨映射的Jacobi矩阵的计算方法.最后,以一类刚性约束的非线性动力系统为例,揭示了局部映射在其动力学分析中的重要作用.     

功能梯度材料动力学问题的POD模型降阶分析

为了快速分析非均质材料结构在复杂载荷作用下的动态响应,提出一种模型降阶方法,只需计算结构在简单均质材料情况下的动力学问题,进而用其计算结果对非均质材料结构进行分析.首先,采用结构内部任意一点处的材料参数值作为整个结构的材料参数,利用有限元分析软件计算该均质材料结构在动态载荷作用下的位移场建立数据库,该数据库包含计算模型各个节点(自由度为N)在某时间段内L个时刻的位移;其次,对数据库中的信息按照时间离散的特定方式组集成瞬像矩阵,并利用特征正交分解方法对其进行分解,得到该模型的L个特征正交基底,选取其中能反应模型主要特征的H个(其中HL?N)作为一组最优基底,通过这组基底建立模型的低阶离散控制方程;最后,求解低阶离散微分方程组,得到功能梯度材料结构在复杂载荷作用下的位移场.文中分别给出二维和三维算例,比较了降阶模型和全阶模型计算结果,验证了该方法的有效性,并且计算效率能提高1～2个数量级.     

高维非线性动力学系统降维方法的若干进展

综述近年来非线性动力系统降维理论与方法的研究现状.主要介绍非线性动力系统现有降维方法的基本思想、特点与局限性;这些方法包括: 基于中心流形理论的降维方法, Lyapunov-Schmidt (L-S)方法, 非线性Galerkin方法和本征正交分解技术(proper orthogonaldecomposition, POD)方法;并简单介绍了基于规范形理论和快慢流形动力系统的降维方法.最后提出关于高维非线性动力系统降维的一些新设想,并讨论了今后研究工作的方向.      

挠性航天器太阳翼全局模态动力学建模与实验研究

现代柔性航天器通常安装有大型太阳翼为其在轨运行提供所需动力. 航天器入轨后太阳翼展开并锁定成为铰链连接多板结构, 此类结构质量轻、跨度大、刚度低的特点使其低频振动和非线性振动问题越来越凸显. 分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统精确的非线性动力学模型. 为此, 本文提出铰链连接多板结构解析全局模态的提取方法, 获取太阳翼的固有频率和解析函数表征的全局模态. 提出可变刚度的扭转弹簧等效模型, 考虑铰链非线性刚度及摩擦力矩等因素, 通过全局模态离散得到系统的低维高精度非线性动力学模型, 研究了太阳翼在周期激励作用下的非线性特性. 开展太阳翼地面振动实验研究, 采用锤击法获取系统模态, 利用振动台施加正弦扫频激励, 将物理实验结果与理论结果进行对比, 从而验证全局模态动力学建模方法的合理性与准确性. 结果表明, 铰链刚度等结构参数对系统固有特性的影响较大, 铰链的存在会使太阳翼的动态响应出现跳跃等非线性现象. 全局模态动力学建模方法能很好地解决多板结构在非经典边界下解析全局模态求解的困难, 系统全局模态反映的是系统各个部件弹性振动的真实模态, 所建立的动力学模型具有低维高精度的特点, 对于复杂组合结构非线性动力学建模具有重要的参考价值.      

2021-03期目录

针对毁伤试验数据少、不均匀、不连续、范围窄等带来的计算精度不高的问题。研究通过数据挖掘技术进行毁伤效应计算。利用数据库管理毁伤数据,通过数据清洗技术识别并清除数据异常点,以保证数据库中数据的质量。建立了算法评价方法以选择最优经验算法。通过特征选择对高维毁伤数据进行降维,确定毁伤效应的主要控制参数进行神经网络学习和k-近邻检索。在此基础上建立基于数据融合的“三阶段”毁伤效应计算模型,可依据试验数据、经验算法和神经网络模型进行毁伤效应计算。实际应用表明,所提出的计算方法,能够满足实际应用需求。     

求大规模非线性随机动力系统概率密度函数解的子空间法

论文给出了一个求大规模非线性随机动力系统响应概率密度函数解的新方法,称之为子空间法.考察了此方法在求解大规模带位移项参数激励非线性随机动力系统响应概率密度函数的有效性.这里的概率密度函数解由Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程控制.该方法是基于将非线性随机动力系统状态变量空间分成两个子空间,然后在其中一个子空间上对FPK方程进行积分,采取一定措施后得到低维的FPK方程.该低维的FPK方程的维数可以人为确定,也可以取为二维,从而可以用现有的求解低维FPK方程的方法求得所需的概率密度函数解.文中给出了算例,用数值结果验证了子空间法的有效性.论文是采用作者曾提出的指数多项式闭合(EPC)法求解由子空间法降维的FPK方程.     

一类生物流体力学连续系统的分岔研究

连续动力系统的非线性动力学研究,由于其应用的广泛性与问题的复杂性,近年来越来越受到重视。本文对一类生物流体力学中的连续系统-动脉局部狭窄时血液流动的分岔特性进行了研究,采用有限差分方法,将由偏微分方程组描述的边境动力系统约化为由常微分方程组描述的高维离散动力系统。求得了离散动力系统的平衡解并分析其稳定性,同时讨论了流场中变量空间分布的变化情况。求得了离散动力系统的前三个Lyapunov指数,以此作为系统是否发生混沌的判别条件。     

非线性时滞动力系统的研究进展

具有时滞的动力系统广泛存在于各工程领域．本文从动力学角度对时滞动力系统的研究进展作一综述,内容包括时滞动力系统的特点、研究方法、动力学热点问题的研究进展等．由于时滞动力系统的演化趋势不仅依赖于系统的当前状态,还依赖于系统过去某一时刻或若干时刻的状态,其运动方程要用泛国微分方程来描述,解空间是无穷维的．即使系统中的时滞非常小,在许多情况下也不能忽略不计．对于非线性时滞常微分方程,目前的研究思路基本上与常微分方程系统理论相平行．主要研究方法可分为时域法和频域法,前者包括Ｔａｙｌｏｒ级数法,中心流形法,Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射法等,后者包括Ｎｙｑｕｉｓｔ法等．目前对这类系统的动力学研究主要集中在稳定性、Ｈｏｐｆ分岔、混沌等方面．研究表明：时滞动力系统具有非常丰富和复杂的动力学行为,如单变量的一维非线性时滞动力系统可发生混沌现象,与用常微分方程描述的系统有本质性差别．另一方面,人们可巧妙地利用时滞来控制动力系统的行为,如时滞反馈控制是控制混饨的主要方法之一．最后,本文展望了存在的一些问题以及近期值得关注的研究．     

Continuous-Time Bilinear System Identification

The objective of this paper is to describe a new method for identification of a continuous-time multi-input and multi-output bilinear system. The approach is to make judicious use of the linear-model properties of the bilinear system when subjected to a constant input. Two steps are required in the identification process. The first step is to use a set of pulse responses resulting from a constant input of one sample period to identify the state matrix, the output matrix, and the direct transmission matrix. The second step is to use another set of pulse responses with the same constant input over multiple sample periods to identify the input matrix and the coefficient matrices associated with the coupling terms between the state and the inputs. Numerical examples are given to illustrate the concept and the computational algorithm for the identification method.     

Stability Criteria for Quasilinear Impulsive Systems

New sufficient conditions for the asymptotic stability and robust stability of a quasilinear impulsive system are established. The results obtained are exemplified by a specific quasilinear impulsive system     

Completely integrable bi-Hamiltonian systems

We study the geometry of completely integrable bi-Hamiltonian systems and, in particular, the existence of a bi-Hamiltonian structure for a completely integrable Hamiltonian system. We show that under some natural hypothesis, such a structure exists in a neighborhood of an invariant torus if, and only if, the graph of the Hamiltonian function is a hypersurface of translation, relative to the affine structure determined by the action variables. This generalizes a result of Brouzet for dimension four.     

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捷联惯导中的等效旋转矢量算法及其仿真研究

本文研究了等效旋转矢量算法，编制了动态环境下的导航轨迹发生器，进行了等效旋转矢量算法的导航仿真，并与四元数的四阶龙格—库塔导航算法进行比较，验证了等效旋转矢量算法的优越性     

Gradient systems and mechanical systems

All types of gradient systems and their properties are discussed. Two problems connected with gradient sys-tems and mechanical systems are studied. One is the direct problem of transforming a mechanical system into a gradi-ent system, and the other is the inverse problem, which is transforming a gradient system into a mechanical system.     

A result on a feedback system of ordinary differential equations

A monotone system of ordinary differential equations is considered. It is shown that the omega limit set of a bounded trajectory of this system contains an equilibrium point or a nonconstant periodic orbit. As an application, a four-dimensional system of ordinary differential equations of Lotka-Volterra type is presented. It is shown that if the interior equilibrium point of this system is unstable, then a periodic orbit is contained in the omega limit set of its bounded trajectories.     

综合船桥系统的体系结构和信息流程设计

综合船桥系统是实施船舶导航和控制的集成系统,它通过相互连接以集中使用来自工作站的传感器信息、命令或控制以提高操作人员管理船舶的安全性和效率。分析了国外典型综合船桥系统的设备配置,研究了综合船桥系统的工作过程,分析了综合船桥系统的体系结构,在此基础上,提出了基于多功能台的综合船桥系统的体系结构和完全由标准组件组成的综合船桥系统的网络布局、设计了综合船桥系统的接口和信息流程。     

摩擦学系统的系统理论研究和建模

摩擦学的系统思想是在摩擦学诞生初期就已经被提出来.由于摩擦学的理论体系研究一直进展缓慢,摩擦学系统的系统理论和建模研究也一直进展缓慢.本文在摩擦学3个公理基础上,从一般系统理论与工程系统分析方法相结合出发,研究了摩擦学系统的功能和构成,论述了摩擦学系统在运动系统中承担的运动保证功能,即保证运动系统各部分之间有确定的相对运动.运动保证功能由全体摩擦副共同实现,并有若干辅助子系统支持摩擦副的可靠工作,它们一起构成了摩擦学系统.摩擦学系统是为研究摩擦学行为而从运动系统中抽象出来的运动系统的子系统.从系统功能出发,摩擦学系统的状态参数集里必然含有与构件运动有关的参数,这些参数对于摩擦学研究非常重要.摩擦学系统结构既与历史关联又跟随状态变化,因此是非定常非线性系统.这2种变化对于摩擦学系统具有不同的时间尺度,也就是说具有非常长的周期和相对非常短的周期,这就为能够以不同时间尺度的分段定常和分段线性化求解计算提供了理论根据,从而在模型中考虑了此前为不能积分而对结构引入的大量简化,这些过去被忽略的因素对摩擦学系统其实是很重要的.同时,也使得能够在建模中将不同学科行为通过与历史关联和跟随状态变化的系统结构进行耦合和共同作用于系统.文章给出了1个缸套-活塞裙部,连杆大小头和曲轴轴承摩擦学系统的算例.     

我国运动稳定性研究的新进展

综述了近年来我国运动稳定性(包括力学系统、控制系统、人口系统、生态系统和大系统的稳定性)及其一般理论的研究进展。