基于大偏差理论非高斯随机动力系统离出行为研究

本文介绍了大偏差理论的基本思想及其在非高斯随机动力系统的离出问题研究中的应用.依据不同的非高斯噪声类型,本文分别评述了随机混合系统、指数轻跳跃过程和α稳定Lévy噪声驱动的随机动力系统的离出问题的主要研究方法和近期研究进展.针对随机混合系统,本文介绍了利用随机微分方程对其进行近似的拟稳态扩散近似方法,计算拟势和最优离出路径的WKB近似方法与细致平衡条件的研究,以及求解随机混合系统的简化版本(即生灭过程)的离出问题的研究进展.对于指数轻跳跃过程驱动的随机动力系统,本文介绍了其大偏差原理和中度偏差原理的泛函极值问题的建立,拟势概念的定义和平均离出时间的估计.针对具有α稳定Lévy噪声的随机动力系统,本文介绍了计算平均首次离出时间和离出概率的理论和数值方法,计算最优离出路径的Onsager-Machlup理论、机器学习方法、最大似然法和数据驱动方法.最后,给出了非高斯随机动力系统的离出现象相关的一些开放性问题.     

受周期和白噪声激励的分段线性系统的吸引域与离出问题研究

离出行为是随机非线性系统的重要现象之一,而离出问题是除随机动力系统理论以外考察随机非线性系统随机稳定性的另一种重要的方法.分段线性系统是一个经典的非线性动力学模型,受随机激励后成为随机系统,但并不是严格的随机动力系统,因而此时随机动力系统理论也不适用.为了研究同时受周期和白噪声激励的分段线性系统,首先使用Poincaré截面模拟其在无噪声时确定性的动力学行为,然后使用Monte Carlo模拟对其在白噪声激励下的离出行为进行了数值仿真分析.其次,为了考察离出问题中的重要参数,系统的平均首次通过时间（mean first-passage time,MFPT）,使用van der Pol变换,随机平均法,奇异摄动法和射线方法进行了量化计算.通过对理论结果与模拟结果的对比分析,得到结论:当系统吸引子对应的吸引域边界出现碎片化时,理论结果与模拟结果的误差极大;而当吸引域边界足够光滑的以后,理论结果与模拟结果才会相当吻合.      

非线性随机动力系统的稳定性和分岔研究

在随机动力系统中的分岔──噪声导致的跃迁行为，是一种有别于确定性系统分岔与混沌的独特的非线性复杂现象．本文全面评述非线性随机系统的稳定性问题、离出问题、随机动力系统理论和随机分岔等各项研究的发展历史、基本的思想方法以及主要的研究成果．     

多稳态动力系统中随机共振的研究进展

非线性随机动力学是力学、数学、工程等多个领域关注的热点,在航空航天、机械工程、生物生态等领域有广泛的应用.多稳态动力系统作为其最重要的研究对象,在随机扰动下具有丰富的动力学行为,如随机分岔、随机共振等,尤其是随机共振,已经被应用于机械故障诊断、微弱信号检测和振动能量俘获等工程实际问题中.本文主要综述了多稳态动力系统中的随机共振理论、方法及工程应用.首先,通过几类典型的非线性随机动力学系统,介绍了随机共振的经典理论和度量指标;其次,重点阐述了多稳态动力学系统,尤其是三稳态和周期势系统,在各类噪声激励下的随机共振现象,分析了其诱发机理、演化规律和研究方法;最后,介绍了多稳态动力系统中随机共振的几类应用实例,并进一步给出了随机共振当前面临的难题和未来的发展趋势等开放性问题.     

二维数字图像相关测量中离面位移引起的误差分析

二维数字图像相关方法作为一种非接触全场变形测量的光学方法,在工程上有着广泛的应用.由于其假设物体只发生面内位移,而实验中往往存在离面位移,从而引起测量误差.本文针对这一问题利用了针孔模型,从理论上分析了离面位移对普通镜头测量结果的影响,通过铝块平移实验验证了理论分析的正确性.利用提出的理论模型修正橡胶材料的变形测量结果,并与远心镜头测量结果进行对比,发现修正后的普通镜头测量的结果更接近远心镜头测量的结果.最后,本文根据理论分析和实验验证,给出了减小或消除离面位移造成误差的方法.     

外共振耦合Duffing-van der Pol系统的首次穿越

研究了谐和力与宽带噪声激励下二自由度强非线性Duffing-van derPol系统的首次穿越问题. 在外共振情形, 应用随机平均法将系统动力学方程化为关于振幅与角变量的Itô随机微分方程. 然后建立了系统的可靠性函数满足的后向Kolmogorov方程以及平均首次穿越时间满足的Pontryagin方程. 在一定的边界条件和初始条件下, 用有限差分法求解了这两个高维偏微分方程, 得到系统的条件可靠性函数、平均首次穿越时间以及平均首次穿越时间的条件概率密度. 讨论了不同参数对系统可靠性以及平均首次穿越时间的影响. 用Monte Carlo数值模拟验证了理论方法的有效性.     

基于D-最优的加速度计重力场试验优化设计

为了提高加速度计在重力场翻滚试验中的试验效率,应用D-最优理论对该试验进行了优化设计,根据加速度计不同的模型形式提出了不同的试验方案,并给出了工程实用的D-最优数值算法,通过该算法能够得到更合理的试验位置数和在该位置上的重复次数.仿真和试验结果均表明,该试验方案与以往的试验方案相比,在不降低辨识精度的前提下,减少了试验位置数,进而缩短了试验时间,提高了试验的效率.     

双参考光全息—散斑干涉术的原理和实验

本文用统计光学方法对双参考光全息——散斑干涉术进行了详尽的理论分析,给出了全息和散斑干涉场区域平均光强分布与光学系统主要参数及三维变形场各分量之间关系的解析表达式,进而讨论了离面位移和面内位移测量的上、下限,最后还给出了有关的实验结果。     

耦合Duffing-van der Pol系统的首次穿越问题

利用拟不可积Hamilton系统随机平均法，研究了高斯白噪声激励下耦 合Duffing-van der Pol系统的首次穿越问题. 首先给出了条件可靠性函数满足的后向 Kolmogorov 方程以及首次穿越时间条件矩满足的广义Pontryagin方程. 然后根据 这两类偏微分方程的边界条件和初始条件，详细分析了在外激与参激共 同作用以及纯外激作用等情况下系统的可靠性与首次穿越时间的各阶矩. 最后以图表形式给 出了可靠性函数、首次穿越时间的概率密度以及平均首次穿越时间的数值结果.     

1∶1内共振对随机振动系统可靠性的影响

研究了二自由度耦合非线性随机振动系统在高斯白噪声激励下基于首次穿越模型的可靠性问题. 在1:1内共振情形,原始系统的运动方程经平均后化为一组关于慢变量的伊藤随机微分方程. 建立了后向柯尔莫哥洛夫方程以及庞德辽金方程,在一定的边界条件和(或) 初始条件下求解这两个偏微分方程,分别得到系统的条件可靠性函数以及平均首次穿越时间. 进而建立了无内共振情形系统的后向柯尔莫哥洛夫方程与庞德辽金方程.将无内共振情形的结果与1:1 内共振情形的结果做比较,发现1:1 内共振能显著降低系统可靠性. 用蒙特卡罗数值模拟验证了理论结果的有效性.     

单层悬索体系在风中的随机稳定性研究

本文建立了单层悬索体系在含有较低紊流成分的自然风中的随机稳定方程，应用Ｓｃｈｕｓｓ随机稳定理论分析，并建立可靠性评判准则，实例分析指出，由于微小紊流成分的随机摄动，致系统产生不稳定运动。     

Rayleigh scattering for density measurements in premixed flames

Rayleigh scattering measurements for molecular number density in turbulent, premixed CH₄-air flames are discussed, and data for both flamelet passage time distributions and power spectral density functions are reported and compared to the recent predictions of Bray, Libby and Moss (1984). Measurement problems associated with variations in mixture-averaged Rayleigh scattering cross section, index of refraction fluctuations, finite spatial and temporal resolution and with scattering from particles are discussed. It is concluded that these effects are relatively minor in the reported experiments. Correction procedures are suggested for the effects of cross section variation and of finite resolution. Passage time and spectral data support the Bray, Libby and Moss hypothesis for the passage time distribution function. Furthermore, model predictions for the variation across the flame brush of mean passage times for both reactant and product eddies are in reasonable agreement with experiment. Finally, the data suggest that these mean times scale in part with ū and λ in the reactant flow.     

RESEARCH FOR ATTRACTING REGION AND EXIT PROBLEM OF A PIECEWISE LINEAR SYSTEM UNDER PERIODIC AND WHITE NOISE EXCITATIONS

离出行为是随机非线性系统的重要现象之一,而离出问题是除随机动力系统理论以外考察随机非线性系统随机稳定性的另一种重要的方法.分段线性系统是一个经典的非线性动力学模型,受随机激励后成为随机系统,但并不是严格的随机动力系统,因而此时随机动力系统理论也不适用.为了研究同时受周期和白噪声激励的分段线性系统,首先使用Poincaré截面模拟其在无噪声时确定性的动力学行为,然后使用Monte Carlo模拟对其在白噪声激励下的离出行为进行了数值仿真分析.其次,为了考察离出问题中的重要参数,系统的平均首次通过时间（mean first-passage time,MFPT）,使用van der Pol变换,随机平均法,奇异摄动法和射线方法进行了量化计算.通过对理论结果与模拟结果的对比分析,得到结论：当系统吸引子对应的吸引域边界出现碎片化时,理论结果与模拟结果的误差极大;而当吸引域边界足够光滑的以后,理论结果与模拟结果才会相当吻合.     

基于区域分解的结构动力学系统首次穿越失效

提出了高斯白噪声激励的线性及非线性结构动力学系统的首次穿越失效概率的估计方法. 对于线性结构动力学系统,失效区域被分解为互斥的基本失效域之和,每个基本失效域可用其设计点完全描述,并以正态分布代替卡方分布估计失效概率中的参数. 对于非线性结构动力学系统,基于Rice穿越理论,将非线性方程转化为与之具有相同平均上穿率的线性化方程,然后利用文中方法对等效线性化方程估计首穿失效概率. 最后给出了线性及非线性结构动力学系统的数值例子,并将所提方法与蒙特卡罗法及重要样本法相比较,模拟结果显示了方法的正确性与有效性.     

NUMERICAL SIMULATION OF ORIENTATION DISTRIBUTION FUNCTION OF CYLINDRICAL PARTICLE SUSPENSIONS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓｉｎｖｏｌｖｅｓｏｍｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗａｎｄｎｏｎ＿Ｎｅｗｔｏｎｉａｎｆｌｏｗ ,ａｎｄｈａｖｅｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ,ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｓｏｍｅｍａｔｅｒｉａｌｓ,ｐｒｉｍｉｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅ…     

基于当地流活塞理论的气动弹性计算方法研究

发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算 方法------基于定常CFD技术的当地流活塞理论. 运用当地流活塞理论计算非定常 气动力，耦合结构运动方程，实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟. 运用这 种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例，并和原始活塞理论、非定 常Euler方程结果作了比较. 由于局部地使用活塞理论假设，这种方法大大地克服 了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的 限制. 与非定常Euler方程方法相比，当地流活塞理论的效率很高.     

THE EVOLUTION CHARACTERIZATION OF LIBRATIN POINT ORBITS AND APPLICATION RESEARCH

三体问题中, 轨道的受力和运动规律非常复杂. 对于特定的任务, 如何选择轨道的初始解是一大难题.针对平面三体问题, 利 用近拱点庞加莱映射, 对平动点顺行轨道和逆行轨道的长期和短期演化性质进行分析.根据轨道的初始状态将其分为逃逸轨道和捕获轨道.对于逃逸轨道, 给出了同宿轨道和异宿轨道的设计方法, 并利用两级微分修正法消除了拼接点处的位置不连续问题.对于捕获轨道, 得到了几类典型的周期和准周期轨道.对逆行轨道的演化性质进行分析时发现, 逆行轨道通常为准周期轨道, 比顺行轨道更加稳定.利用近拱点庞加莱映射可以快速确定不同类型轨道对应的初始状态, 为特定任务需求下的轨道设计提供了一种快速而有效的选择方案.     

Effect of Randomness of Interfacial Properties on Fracture Behavior of Concrete Under Uniaxial Tension

Interfacial transition zones(ITZs) between aggregates and mortar are the weakest parts in concrete. The random aggregate generation and packing algorithm was utilized to create a two-phase concrete model, and the zero-thickness cohesive elements with different normal distribution parameters were used to model the ITZs with random mechanical properties. A number of uniaxial tension-induced fracture simulations were carried out, and the effects of the random parameters on the fracture behavior of concrete were statistically analyzed. The results show that, different from the dissipated fracture energy, the peak load of concrete does not always obey a normal distribution, when the elastic stiffness, tensile strength, or fracture energy of ITZs is normally distributed. The tensile strength of the ITZs has a significant effect on the fracture behavior of concrete, and its large standard deviation leads to obvious diversity of the fracture path in both location and shape.     

Strengthening of materials by intensive hydrostatic compression pretreatment

A solution is given for a sequence of boundary value problems in the theory of large deformations of materials with elastic, plastic, and viscous properties. This sequence is related to viscoelastic deformation and determination of the time and location of the plastic flow origination, development of this flow, and the subsequent unloading of the medium with a single spherical continuity defect. The level and distribution of residual stresses near the defect and its final dimensions are calculated.