深海采矿系统中悬臂式立管涡激振动分析

不同于传统的海洋立管, 深海采矿系统中的垂直提升管道可以被视为一个底部无约束的柔性悬臂式立管, 工作过程中同样面临涡激振动和柔性变形问题. 本文采用一种无网格离散涡方法和有限元耦合的准三维时域求解数值模型, 系统性地研究了不同流速下悬臂式立管的涡激振动问题. 结果表明: 悬臂式立管的横向振动模态阶数随折合速度增加而增大, 在一定折合速度范围内主导振动模态保持不变; 当主导模态转变时, 对应的横向振幅会发生突降, 但是当新的高阶模态被激发后, 立管振幅随来流速度增加而再次逐渐增大; 在相同的振动模态下, 立管底部位移均方根值随折合速度线性增加, 主导振动频率在模态转变时会出现跳跃现象; 特别地, 本文讨论了三阶主导模态下悬臂式立管的振动响应, 无约束的立管底部呈现出较大的振动能量, 且振幅的驻波特征随折合速度增加而逐渐增强; 本文比较了两端铰支立管与悬臂式立管的涡激振动响应特征, 两者在振幅和主导振动频率两方面均表现出了相同的变化趋势.      

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法. 鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究. 先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解. 对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析. 分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成. 当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导. 当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导. 随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大.      

大气湍流对轨道角动量态复用系统通信性能的影响

通过数值仿真,以多个相位屏模拟大气湍流,研究大气湍流对轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)态复用通信系统质量的影响.改变大气湍流折射率结构常量C2n和传输距离z,分析其对OAM态复用系统归一化接收功率、误码率等的作用.研究结果表明当大气湍流强度增加和传输距离增长时,复用系统归一化接收功率下降、误码率增加.当C2n增大到5×10-13 m-2/3时,系统归一化接收功率下降到0.2以下,误码率增大到0.3以上;当传输距离增大到10 000m,系统归一化接收功率下降到0.3以下,误码率增大到0.35以上.同时,对比不同方位角指数l取值的两个OAM态复用系统受大气湍流的影响,发现:l取值越接近的系统,受大气湍流影响越大.在等同光学信噪比下大气湍流导致OAM态复用系统误码率性能降低2至3个数量级.该研究对OAM态复用系统的实用化具有积极的参考作用.     

基于核方法的模糊对象语言概念格聚类分析

在现实生活中,存在着大量语言值数据.为了解决在语言环境中不确定信息的聚类问题,本文提出了一种新的机器学习方法,即基于核方法的模糊对象语言概念格聚类分析模型.该模型通过融合层次聚类与概念格聚类的原理,在寻找到层次聚类局部最优层次的同时优化概念格聚类中的概念选择与概念构造问题.具体地,提出模糊对象语言概念格及其相关性质,它...     

逆压梯度边界层未分离情况下的湍流模式适用性研究Turbulence model applicability for boundary layer flow with adverse pressure gradient in attached case

边界层逆压梯度作用下的流动是许多工程中的一个基础问题,由于逆压梯度作用,流动形态复杂,使得数值模拟有很大的难度。基于雷诺平均纳维‐斯托克斯RANS（Reynolds Averaged Navier‐Stokes）方程对二维平板逆压梯度边界层作数值计算研究,选取6种代表性的湍流模式,得到局部摩擦系数的数值解,与实验值比较,发现k‐ω模式具有很好的精度。基于该湍流模式,给出了湍动能分布,该结果有助于认识逆压梯度边界层流动的复杂特征。     

Turbulence mitigation scheme based on multiple-user detection in an orbital-angular-momentum multiplexed system

Atmospheric turbulence(AT) induced crosstalk can significantly impair the performance of a free-space optical(FSO)communication link using orbital angular momentum(OAM) multiplexing.In this paper,we propose a multiple-user detection(MUD) turbulence mitigation scheme in an OAM-multiplexed FSO communication link.First,we present a MUD equivalent communication model for an OAM-multiplexed FSO communication link under AT.In the equivalent model,each input bit stream represents one user's information.The deformed OAM spatial modes caused by AT,instead of the pure OAM spatial modes,are used as information carriers,and the overlapping between the deformed OAM spatial modes are computed as the correlation coefficients between the users.Then,we present a turbulence mitigation scheme based on MUD idea to enhance AT tolerance of the OAM-multiplexed FSO communication link.In the proposed scheme,the crosstalk caused by AT is used as a useful component to deduce users' information.The numerical results show that the performance of the OAM-multiplexed communication link has greatly improved by the proposed scheme.When the turbulence strength C_n~2 is 1 × 10~(-15) m~(-2/3),the transmission distance is 1000 m and the channel signal-to-noise ratio(SNR)is 26 dB,the bit-error-rate(BER) performance of four spatial multiplexed OAM modes l_m = + 1,+2,+3,+4 are all close to 10~(-5),and there is a 2-3 fold increase in the BER performance in comparison with those results without the proposed scheme.In addition,the proposed scheme is more effective for an OAM-multiplexed FSO communication link with a larger OAM mode topological charge interval.The proposed scheme is a promising direction for compensating the interference caused by AT in the OAM-multiplexed FSO communication link.     

无限深水中具有指数密度变率的周期性永形内波渐进解析解

采用同伦分析方法研究了一系列有限振幅的周期深水驻波问题.水密度在垂直方向的分布可以是变化的,假设为指数连续分布.提出一种新形式的偏微分方程作为辅助方程,获得解的新的表达形式来满足底部的边界条件和无限大的刚性假设.给出了解的表达式中系数的递推关系和周期海洋内波形成的永久驻波的显式表达式.得到垂直方向和水平方向的全局收敛解,揭示了密度变量和内波幅度间的关系.同伦分析方法对求解具有指数密度率周期性的永形波解是一致有效的.     

使用解析方法获得FitzHugh-Nagumo方程新的peakon解

依据对FitzHugh-Nagumo方程的研究,通过微分变化法近似分析出FitzHugh-Nagumo方程,获得了这个方程的尖峰孤立波（peakon soliton）的解,从而获得了更多形式的peakon解,同时也分析了微分变换法（differential transform method, DTM）收敛区域和收敛速度．构建的微分变换法,结合帕德(Padé)逼近,构建一个明确的,完全解析,对FitzHugh-Nagumo方程全部有意义的尖波解．其主要思想是限制边界条件而令导数在孤立波不存在峰值,但导数的孤立波在两侧存在．结果表明,微分变换法在参数很小的情况下可以避免摄动的限制．表明这种方法提供了一种强大而有效地获得FitzHugh-Nagumo方程新的peakon解的数学方法．     

Quasi-periodic solutions and asymptotic properties for the nonlocal Boussinesq equation

We construct the Hirota bilinear form of the nonlocal Boussinesq(nlBq) equation with four arbitrary constants for the first time. It is special because one arbitrary constant appears with a bilinear operator together in a product form. A straightforward method is presented to construct quasiperiodic wave solutions of the nl Bq equation in terms of Riemann theta functions. Due to the specific dispersion relation of the nl Bq equation, relations among the characteristic parameters are nonlinear, then the linear method does not work for them. We adopt the perturbation method to solve the nonlinear relations among parameters in the form of series. In fact, the coefficients of the governing equations are also in series form.The quasiperiodic wave solutions and soliton solutions are given. The relations between the periodic wave solutions and the soliton solutions have also been established and the asymptotic behaviors of the quasiperiodic waves are analyzed by a limiting procedure.     

Camassa-Holm方程的拟周期解及其渐近行为

近20年来,浅水波模型Camassa-Holm（CH）方程受到诸多研究者关注。在之前的工作中,通过Hirota双线性方法得到了CH方程的单周期解.基于此,该文将对N=2时CH方程的拟周期解及其渐近行为进行研究.首先,回顾了坐标变换,扩展的双线性形式和Riemann(黎曼)θ-函数等内容,并在此基础上利用Hirota双线性方法构造了在N=2时CH方程的含有多个参数的拟周期解,并且此拟周期解是由Riemannθ-函数表示的。其次,发现了此拟周期解渐近行为的一个特点,即CH方程的此拟周期解可以退化为其二孤子解.