随机空间柔性多体系统动力学分析

轻质、高精度的柔性多体系统被广泛应用于实际工程领域中.由于实际设计公差、制造误差及环境温度等多种不确定因素的存在,使得柔性多体系统的结构参数(物理参数和几何参数)表现出随机性.具有随机结构参数的动力学模型能够客观地反映出真实系统的动力学行为,且结构参数的不确定性对空间柔性多体系统动力学响应的影响是不容忽视的.针对具有多个随机参数的空间柔性多体系统,提出了一种基于广义alpha算法的非侵入式随机柔性多体系统动力学计算方法.采用绝对节点坐标公式(absolute node coordinate formulation, ANCF)来描述柔性体, 推导建立多体系统动力学模型.利用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion, PCE)法构建系统随机动力学方程的代理模型,然后将随机响应面法(stochastic response surface method, SRSM)嵌入广义-alpha方法中,分别采用改进抽样的回归方法(regression method of improved sampling, RMIS)和单项求容积法则(Monte Carlo simulation, MCR)来确定样本点.将数值计算结果与蒙特卡洛模拟(Monte Carlo simulation, MCS)结果进行对比, 验证了所提算法的有效性.在相同的定积分精度的条件下,根据单项求容积法则确定的样本点的计算结果稳定性更强, 且其计算效率更高.      

具有固有频率涨落的记忆阻尼线性系统的随机共振

研究了在内噪声、外噪声(固有频率涨落噪声)及周期激励信号共同作用下具有指数型记忆阻尼的广义Langevin方程的共振行为.首先将其转化为等价的三维马尔可夫线性系统,再利用Shapiro-Loginov公式和Laplace变换导出系统响应一阶矩和稳态响应振幅的解析表达式.研究发现,当系统参数满足Routh-Hurwitz稳定条件时,稳态响应振幅随周期激励信号频率、记忆阻尼及外噪声参数的变化存在"真正"随机共振、传统随机共振和广义随机共振,且随机共振随着系统记忆时间的增加而减弱.数值模拟计算结果表明系统响应功率谱与理论结果相符.     

Stochastic Resonance in an Asymmetric Bistable System Subject to Frequency Mixing Periodic Force and Noise

The phenomenon of stochastic resonance (SR) in an asymmetric bistable system subject to the multiplicative and additive white noises and two periodic fields is investigated. Using the two-state theory, analytic expressions of the signal-to-noise ratio (SNR) for fundamental harmonics and higher harmonics are derived. It is found that SR appears at both fundamental harmonics and mixed harmonics (of second- and third-order approximation).Moreover, the higher the order of mixed harmonics is, the larger the SNR values are. The effects of static asymmetry on the SNR (of second- and third-order approximation) are different, and the noise intensity ratio can enhance the SNR for higher harmonics.     

Upper bound for the time derivative of entropy for a dynamical system driven by coloured cross-correlated white noises

It is shown how the cross-correlation time and strength of coloured cross-correlated white noises can set an upper bound for the time derivative of entropy in a nonequilibrium system. The value of upper bound can be calculated directly based on the Schwartz inequality principle and the Fokker--Planck equation of the dynamical system driven by coloured cross-correlated white noises. The present calculations can be used to interpret the interplay of the dissipative constant and cross-correlation time and strength of coloured cross-correlated white noises on the upper bound.     

偏置信号调制下色关联噪声驱动的线性系统的随机共振

研究了偏置信号调制下关联分段噪声驱动的过阻尼线性系统的随机共振现象，推导出了一阶矩、二阶矩和信噪比的解析表达式. 通过对信噪比曲线的分析，发现该系统中存在三种不同形式的随机共振：传统的随机共振、真正的随机共振和广义的随机共振. 此外，数值结果还表明，加性噪声能够减弱输出的信噪比，而噪声之间的互相关强度能够使输出的信噪比增强. 关键词： 随机共振 信噪比 偏置信号调制的噪声 分段噪声     

具有周期信号调制噪声的线性模型的随机共振

研究了具有周期信号调制噪声的过阻尼线性系统的随机共振现象.当采用非对称的分段噪声 时，可以得到系统响应的一、二阶矩和信噪比的精确表达式.通过对信噪比的分析, 发现了 “真实的"随机共振和传统的随机共振现象，讨论了乘性噪声的非对称性、自相关时间和噪 声之间的相关强度对信噪比的影响. 关键词： 随机共振 信噪比 周期信号调制噪声 线性模型     

加性和乘性三值噪声激励下周期势系统的动力学分析

周期势系统是一类在机械工程、物理、化学、神经生物等领域应用十分广泛的系统,其随机动力学特性的研究是非线性科学的一个热点和难点问题.三值噪声是真实噪声的典型模型, 不仅包含二值噪声和高斯白噪声情形,而且能更好地描述自然界中随机环境扰动的多样性,本文研究了由加性和乘性三值噪声驱动的周期势系统中概率密度的演化和随机共振.通过计算系统的平均稳态联合概率密度函数和瞬态联合概率密度函数,发现随着外周期力振幅的增大, 单自由度系统在多个稳态之间跃迁,其平均稳态联合概率密度具有多峰结构. 此外,利用随机能量法揭示了系统的随机共振,发现存在最优的噪声强度和外周期力振幅使得平均输入能量曲线存在一个极大值,即出现随机共振现象. 对于仅考虑加性噪声或乘性噪声激励的情况,平均输入能量曲线随噪声转迁率是否出现共振现象依赖于外周期激励振幅的大小.特别是仅考虑加性噪声的情形, 对于较小的外周期激励振幅,加性噪声转迁率诱导产生抑制共振现象, 而对于较大的外周期激励振幅,加性噪声转迁率诱导产生随机共振现象.      

非高斯噪声激励下FitzHugh-Nagumo神经元系统的随机共振

研究了乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同激励下FitzHugh-Nagumo(FHN) 神经元系统的随机共振问题. 利用路径积分法和两态模型理论, 推导出系统信噪比的表达式. 研究结果表明: 系统参数在不同的取值条件下, FHN神经元模型出现了随机共振和双重随机共振现象. 此外, 非高斯参数q在不同的取值条件下, 乘性噪声强度和加性噪声强度对信噪比的影响是不同的. 非高斯噪声的加入有利于增强FHN神经元系统的信号响应.     

非高斯噪声驱动下非对称双稳系统的平均首次穿越时间与随机共振研究

研究了乘性非高斯噪声和加性高斯白噪声共同激励下非对称双稳系统的平均首次穿越时间和随机共振问题. 利用路径积分法和两态模型理论,推导出平均首次穿越时间和信噪比的表达式. 研究结果表明:势阱非对称性对两个不同方向的平均首次穿越时间的影响是不同的. 信噪比是加性噪声强度和势阱非对称性的非单调函数,系统出现了随机共振现象;信噪比是乘性噪声强度的单调函数,没有共振峰出现. 这说明该系统中乘性噪声强度和加性噪声强度对信噪比的影响是不同的. 关键词： 非高斯噪声 非对称双稳系统 平均首次穿越时间 随机共振     

具有时滞状态反馈的随机Van der Pol系统的动力学研究

研究了时滞及时滞反馈控制参数对Van der Pol系统极限环幅值的影响. 运用自适应的平均场近似方法给出了系统的线性化近似及系统参数Lyapunov稳定性的边界条件, 同时给出了Van der Pol系统的关联时间和功率谱密度的数值模拟结果. 通过与平均场近似下的解析结果比较后发现, 数值模拟结果和理论结果符合.进一步讨论了时滞反馈控制参数、噪声强度以及时滞对关联时间和功率谱密度的影响. 关键词： 平均场近似 关联时间 Lyapunov稳定性