Morris-Lecar系统中通道噪声诱导的自发性动作电位研究

在生物物理学中,越来越多的现象是由于分段确定性的动力系统与连续时间马氏过程之间的耦合作用而产生的.因为这种耦合性,相关的数学模型更适合取为随机混合系统而不是扩散过程(基于It?o随机微分方程).本文从理论上和数值上研究了在弱噪声条件下无鞍点状态的随机混合Morris-Lecar系统中,由通道噪声诱导的自发性放电现象.一个动作电位的初始阶段可视为噪声诱导的逃逸事件,其最优路径和拟势可由辅助Hamilton系统给出.由于系统不存在鞍点,因此可选择虚拟分界线(ghost separatrix)为阈值,研究噪声诱导的自静息态的逃逸事件.通过计算在阈值处的拟势,便可发现其值有一个明显的最小值,其作用类似于鞍点.通过改进的Monte Carlo模拟方法,计算了历程概率分布,其结果对初始阶段和兴奋阶段的理论解均给出了验证.此外,基于前人将拟势等高线作为阈值的另一种选择,我们对两种阈值取法的优劣性进行了比较.最后,本文研究了钠离子和钾离子通道噪声的不同组合对最优路径和拟势的影响.结果表明:钾离子通道噪声在自发性放电过程中起主导作用,且两种噪声强度存在一个最优比例能使总的噪声强度达到最小.     

基于大偏差理论的随机动力学研究

本文介绍了大偏差理论的基本思想、基本概念以及大偏差理论在离出问题研究中的应用.本文评述了有关离出问题的三个重要指标:平均首次离出时间、离出位置分布和最优离出路径相关研究的思路和方法,而其中对最优离出路径的刻化是结构性的难题. 针对平均首次离出时间,本文介绍了它与拟势的关系,并应用平均首次离出时间的结论分析了随机共振以及自诱导随机共振中的时间匹配机制.对于离出位置分布, 本文介绍了提高蒙特卡罗模拟速度的相关算法,并重点评述了其中的概率演化算法和相关的算例. 最后,对于最优离出路径的研究, 本文讨论了几类计算方法,分析了最优路径满足的辅助哈密尔顿系统轨线由于非线性多值性形成的拉格朗日流形拓扑结构的奇异性及其动力学含义,并进一步给出了有限噪声强度激励条件下的作用量修正方法. 最后,给出了大偏差理论应用发展的一些开放性问题的展望.      

拟可积哈密顿系统中噪声诱发的混沌运动

研究拟可积哈密顿系统在谐和与噪声激励联合作用下的混沌运动。通过对噪声性质的假定,并利用动力系统理论,给出了高维梅尔尼科夫方法应用于随机拟可积哈密顿系统的推广形式。根据这种推广的方法,研究了谐和与高斯白噪声激励联合使用下两自由度拟可积哈密顿系统 同宿分岔,得出了系统发生混沌运动的参数阈值,并由此讨论了噪声对系统的混沌运动的影响。蒙特-卡罗方法模拟、李雅普诺夫指数等数值结果表明,这种推广的方法是有效的。     

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...     

多障碍物通道中激波诱导气相爆轰的数值研究

应用数值模拟方法,研究了直通道中激波经过多块矩形障碍物时诱导 H2/O2混合气体起爆的物理机制. 研究表明：在前导激波强度不足以诱导波后气 体直接起爆的条件下,经过激波压缩的可燃气体也可能在远离激波的障碍物之间的凹槽部位 起爆;障碍物表面产生的压缩波、膨胀波和气流滑移面对可燃气体的起爆、爆轰波的形成和 传播过程有重要的影响;添加不同稀释比的氮气可以影响爆轰波后流场的温度分布;增加障 碍物的间距可以改变可燃气起爆位置.     

碰撞振动系统中周期轨擦边诱导的混沌激变

基于图胞映射理论, 提出了一种擦边流形的数值逼近方法, 研究了典型Du ng 碰撞振动系统中擦边诱导激变的全局动力学. 研究表明, 周期轨的擦边导致的奇异性使得系统同时产生1 个周期鞍和1 个混沌鞍. 当该周期鞍的稳定流形与不稳定流形发生相切时, 边界激变发生使得该混沌鞍演化为混沌吸引子. 噪声可以诱导周期吸引子发生擦边, 这种擦边导致了1 种内部激变的发生, 表现为该周期吸引子与其吸引盆内部的混沌鞍发生碰撞后演变为1 个混沌吸引子.     

三维气泡与刚性壁面的相互作用研究

基于势流理论建立水下爆炸气泡运动三维模型,采用边界积分法求解拉普拉斯方程,得到气泡的变形及位置,并在计算过程中引入弹性网格技术,避免了因网格扭曲而导致的数值发散,进而模拟了刚性壁面附近三维气泡的动态特性。在数值模拟过程中,将本文计算值与实验数据进行对比分析,结果表明,计算值与实验数据吻合良好。在此基础上,分别模拟了弱浮力、强Bjerknes力,强浮力、弱Bjerknes力以及浮力与Bjerknes力相当时壁面附近气泡的运动特征,并将各种工况的计算结果与基于开尔文冲量理论(Kelvin Impulse)的Blake准则进行对比分析与讨论,得到了不同参数下气泡的运动特征。     

流动系统中爆轰波传播特性的数值模拟

基于带化学反应的二维Euler方程,采用氢气/空气的9组分19步基元反应简化模型,对充有当量 比的氢气/空气预混气体的矩形爆轰流场中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,讨论了均匀来流对爆轰波传 播的影响。数值结果表明,在均匀来流的影响下,上游方向上的燃烧强度大于C-J爆速,下游方向上的燃烧强 度小于C-J爆速;上游方向传播的爆轰波的阵面压力大于下游方向传播的爆轰波的阵面压力。所以,经典的 C-J爆轰理论并不适用于流动系统中爆轰波传播特性的研究。     

复杂边界附近气泡的动态特性研究

本文假设气泡周围流场为无粘、无旋、不可压缩的理想流体,基于势流理论,运用边界元法模拟近边界水下爆炸气泡的动力学特征,建立气泡、壁面以及自由面三者之间复杂耦合动力学模型,在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术(EMT),避免因网格扭曲而导致的数值发散,开发相应的三维计算程序,并与自由表面附近气泡运动的实验数据进行对比分析,计算结果表明本文的计算方法及程序具有较高的精度.在此基础上,用本文开发的三维程序模拟了单个及多个气泡与自由表面及圆筒等复杂边界的相互作用,其中包括水面漂浮结构和水下结构,气泡在自由表面及结构的联合作用下呈现出强非线性.本主文旨在为相关复杂边界附近气泡动力学特性研究提供参考.     

“认知模式和动力学系统的研究”

三位分别具有生理学、数学和动力学专业背景的学者Ｐ．Ｅ．Ｒａｐｐ,Ｔ．Ｉ．Ｓｃｈｍａｈ和Ａ．Ｉ．Ｍｅｅｓ在很有影响的国际非线性研究刊物《物理 Ｄ》（Ｐｈｙｓｉｃａ Ｄ, １９９９, Ｖｏｌ． １３２, ｐｐ． １３３～１４９）上发表文章。认知模式和动力学系统的研究” （Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｋｎｏｗｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ）,概述了动力学研究模式（Ｐａｒａｄｉｇｍ）的历史演化,着重阐述了近２０年兴起的所谓“算法建模”,即从实验数据中重构相空间．该文除…     

风浪联合发电系统水动力学研究进展

随着化石能源枯竭和全球变暖等环境问题的日益严重,海洋可再生能源(海上风能、波浪能和潮流能)成为研究热点. 为了有效开发海洋可再生能源,降低成本,多种能源综合开发成为现阶段的趋势. 海上风能与波浪能结合具有广阔的应用前景,联合发电系统不断创新. 水动力性能是联合发电系统与波浪相互作用的重要基础. 本文简要介绍多种应用在联合发电系统上的水动力学数值模拟方法,包括线性频域、线性时域、势流非线性方法标识码基于 Navier-Stokes 方程的黏性方法,对现有文献的水动力学数值模拟方法进行综述,从计算效率和精度标识码析其优缺点,且进一步阐述水动力控制优化的技术原理与实验技术主要科研难点,为联合发电系统的水动力设计提供依据. 得到以下主要结论:从计算效率上看,线性频域方法最优,其次为线性时域、势流非线性、黏性方法,从计算精标识码,与前者恰好相反;综合考虑计算效率和精度,采用考虑黏性修正的势流方法来研究是一个切实可行的方案;模标识码方法和优化控制技术目前还不够成熟,尚处于探索阶段.      

钝头机体用嵌入式大气数据传感系统的解算精度研究1）

针对一种钝头机体用嵌入式大气数据传感(flush air data sensing,FADS) 系统的实施方案及求解精度展开研究. 基于15° 钝头体外形,在马赫数Ma = 2.04, 3.02, 5.01,攻角α 介于-5°和25°之间,不考虑侧滑角的情况下,采用势流理论及修正的牛顿流理论建立了该FADS 系统的气动模型. 首先利用经典的三点式算法建立了攻角的求解方案,并采用最小二乘曲线拟合的方法对误差进行了修正;随后建立相应的迭代衰减算法解算静压及动压,最后根据压力比与马赫数的关系求解马赫数. 对解算的数据与实际飞行参数进行了比较,结果表明,建立的钝头机体用FADS 系统的模型及算法精度较好,攻角绝对误差小于0.1°,静压相对误差小于5%,马赫数绝对误差小于0.01.     

THE INNOVATIVE TRAINING SYSTEM FOR INTERNATIONAL TALENTS IN ENGINEERING HIGHER EDUCATION UNDER THE BELT AND ROAD POLICY1)

"一带一路"战略为深化我国与沿线国家的教育交流合作提供了重要契机,也为我国的新工科人才培养体系的理论研究与教育实践开拓了新视野,提出了新挑战。在以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展的大背景下,对工程科技人才提出了更高要求。建设具有新理念、新结构、新体系、新质量、新模式的新工科,迫切需要借助国际化加快工程人才教育体系的改革创新。构建面向"一带一路"的工程教育国际化新体系,面向新工科人才培养,密切结合"一带一路"沿线各国工科人才培养的实际情况,以工程力学、航空航天工程、机械工程等专业的国际化联合培养为抓手,深入研究面向新工科建设的"一带一路"工程教育国际化新体系。