太阳表面新磁通量的喷发和环形日冕瞬变

观测表明,日冕瞬变大多和日面物质向外喷发有关。由于冻结效应,物质喷发将伴随着磁场喷发,并且一般会在背景磁场和新喷发磁场之间形成中性电流片。在磁场喷发过程中,电流片不断向外扩张变形。另一方面,电流片根部附近的电流密度最大,磁场重联将首先在该处发生。当新喷发磁通量超过背景磁通量时,磁场重联将使电流片向外扩张;否则电流片将随着重联往里收缩。本文在线磁荷简化模型下论证了上述电流片的演化性质,指出扩张的电流片和环形日冕瞬变的高密度区有类似的几何形状,它可能是产生这类瞬变的主要机制。     

日冕扰动传播的数值模拟

本文应用一种新的磁流体力学模式和球坐标中的Euler全隐式计算格式,重新考察了太阳日冕扰动的传播特征。为了模拟太阳大气的磁场结构,文中采用解析和数值相结合的方法,得出了溪流状的磁场位形。在这种磁场模式下,我们讨论了太阳表面赤道附近冷物质径向喷射所引起的日冕动力学响应和伴随的物理过程,揭示了一些很有意义的物理现象。这些结果可以解释日珥的形成及伴随的日冕瞬变。     

弱重力场中的平面活塞运动

本文分析了弱重力场中等速活塞运动驱动恒星大气的气体动力学过程.在活塞前面,气体被压缩.压缩气体利用其部分内能,以及有些情况下其动能,以克服外加重力.当逃逸速度与等离子体速度之比值为一小参数时,所有量可对小参数展开,基态解给出均匀流,如同没有重力场的气体动力学所讨论的那样.一阶关系给出外加引力场对流场的影响,即激波强度变化不大而气体内能不断耗散.对于强激波和活塞附近,近似得到的分析解有类似的特征.由于外加重力场在天体物理和大气物理过程中的重要性,这些结果对于恒星和行星大气中瞬变过程的机制会有启发.     

日冕开放磁场中的慢激波

日冕物质喷发的观测速度常低于Alfven波速的估计值而高于背景日冕声速,这表明日冕质量喷发可能在日冕中形成慢激波.本文假定日冕物质喷发由冕底的磁通量喷发所驱动,对它在开放磁场中形成的慢激波进行数值模拟。结果表明,慢激波纬度范围有限,外形平坦;一快波与慢激波共存并发生相互作用。快波使背景磁场发生偏转从而在慢激波前方引起稀疏,两侧引起压缩。快波的这些效应对慢激波的位,形和特征具有重要影响。     

控制系统的广义传递函数和运动稳定性判定方法的改进

本文给出了控制系统的广义传递函数和它的连续性的定义.利用广义传递函数作为工具,建立了一组判定运动稳定性的定理,从而把对一个控制动力学系统特性的了解建立在这个系统的被观测过程之中,简化了运动稳定性问题的判定方法.     

关于结构波动区域可控性和一个有关的降维模型

在介绍了结构波动区域控制的可控性、可控度概念之后,给出了一种新的结构降维方案。它与结构动力学中约束子结构法类似,也可作为聚集法的推广。同时,也给出了降维模型与原模型的一种误差估计。这种降维模型具有物理意义清晰,易于实现的特点。     

微重力环境下充液球腔非线性耦合动力学研究

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型．采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的Gauss超几何级数解析表达式．采用变分原理推导了系统动力学系模型,利用Galerkin 方法对变分方程进行特征频率分析．运用Lagrange方法及非线性动力学方法导出了微重力环境下贮箱中液体与航天器结构耦合的动力学方程组,并对该方程组进行了数值计算,绘出了非线性耦合充液系统自由度随时间的变化历程．     

强引力场中的一维活塞过程

本文在直角坐标系、柱坐标及球坐标系中研究一维匀速活塞在强引力场中的动力学过程.用特征线法数值求解流体力学方程组,得出符合活塞速度条件及联结条件的解.分析讨论了不同坐标系对压缩区,常流区,稀疏区流场、激波传播速度及活塞面上声速的影响.     

行星际起伏跨越地球弓激波后的变化

MHD波通过快激波的Snell透射模型不能处理临界角以外的透射问题,考虑行星际起伏从一切方向同地球弓激波相碰,本文介绍研究这种最普遍情形下的MHD波同地球弓激波相互作用的模型。结果表明,行星际起伏跨越地球弓激波后其状态经历了重要的变化,无论是起伏的幅度还是各向异性都增加,计箅得到的起伏的概率分布函数同根据磁鞘观测数据所构成的概率分布函数一致。对弓激波后起伏状态的空间分布模拟研究进一步揭示:行星际太阳风状态的变化对地球弓激波后起伏状态有着直接的控制作用。当行星际背景磁场位于黄道面附近时,磁鞘区起伏活动将呈现明显的晨侧高于昏侧的晨-昏不对称性;当行星际背景磁场转南(或转北)时,起伏活动景高的区域将从低纬区移向北半球(或南半球)高纬区,从而出现两种相反的南-北不对称性。磁鞘区起伏活动的这种非对称性有可能是某些磁层活动过程的起因之一。本文结果和已有的观测研究结果符合很好。     

无晨昏电场下带电粒子在中性片磁场中运动的周期轨

为了描述无晨昏电场情况下带电粒子在中性片磁场非小扰动区中运动的动力学特征,建立了一个非线性的动力学系统.运用Mawhin重合度理论探讨了一类非线性问题的周期解,然后将其应用于无晨昏电场情况下带电粒子在远磁尾中性片磁场非小扰动区中运动的动力学模型的周期解问题的研究,得出了带电粒子在初始位置逐渐远离中性片运动过程中存在周期轨的结果.在此基础上,还可以进一步探讨该模型同宿轨等其它动力学行为的存在性问题.     

日冕物质抛射的大尺度磁场结构

基于对一组初发于可见日面的日冕物质抛射的源区研究, 证认两类太阳大尺度磁场结构, 指出这些大尺度磁场结构是太阳磁场的内禀分量, 它们的不稳定性、向外膨胀和抛入行星际空间的过程, 是导致日冕物质抛射的基本过程. 这两类大尺度太阳磁场结构是联结太阳南北半球两个活动带的巨磁环和巨暗条(暗条通道)及与之相关的磁场结构. 后者在光球全日面磁图和综合磁图上, 表现为排成两列的相反极性的黑子或谱斑磁场, 其磁场极性反变线(磁中性线)的长度一般超过50日面度. 把后一类大尺度磁场结构称为“超级A结构”. 它们有时表现为巨暗条及相关的大尺度磁场. 由于这类大尺度磁场结构尺度大, 向日冕延伸到很高的高度, 在通常以研究耀斑等活动区尺度现象为目标的太阳磁场观测中难以证认. 证认这些大尺度磁场结构, 成为理解日冕物质抛射产生的物理机制和预报日冕物质抛射的关键.     

动载荷下不可压缩超弹性球形薄膜的若干定性性质

对于由横观各向同性不可压缩的Rivlin-Saunders材料组成的球形薄膜,研究了薄膜的内、外表面在周期阶梯载荷作用下的轴对称变形的非线性动力学特性．通过令球形结构的厚度趋近于1,得到了近似描述薄膜径向对称运动的二阶非线性常微分方程．详细讨论了解的定性性质．特别地,给出了球形薄膜随时间的运动产生非线性周期振动的可控性条件,证明了在某些情形下周期振动的振幅会出现“∞”型同宿轨道以及周期振动的振幅会出现不连续增长现象,并给出了相应的数值模拟．     

关于柔性结构动力系统的稳定性与控制

本文考虑了一类具弹性结构的复杂动力学系统的稳定性与控制问题.由于系统的动力学模型为一些常微分与偏微分相互耦合的方程组所描述,且考虑了弹性振动时结构阻尼对运动的影响,从而用传统的方法分析系统的动力学特性时遇到了困难.本文在函数空间中利用泛函分析谱理论与算子半群理论, 论证了系统的解存在、唯一,且适当选取一定的控制之后,能使得系统的弹性振动(包括弯曲振动和扭转振动)指数渐近稳定,亦可保证梁的姿态定位.     

太阳低层大气中的磁重联

向量磁场的观测,为确定太阳活动区的磁场拓扑,提供了决定性的约束,从而,为证认可能的物理过程,提供了观测基础,从向量磁场观测和理论探讨两方面证实,由视向磁图观测发现的磁对消现象,反映了两个独立的磁环系统的相互作用,主要是发生在太阳低层大气的磁重联过程,这一重联过程可能通过向上层大气输运磁通量和磁螺度,影响上层大气的磁活动,并可能导致日冕内的快重联,提供太阳耀斑所需的能量.     

一类空间等离子体单粒子运动模型的周期轨

为准确地描述空间等离子体粒子运动的动力学特征,建立了一类空间等离子体单粒子运动的非线性模型.运用重合度理论探讨了一类非线性问题的周期解,然后将其应用于空间等离子体单粒子运动模型的周期轨问题的研究,获得了模型存在周期轨的结果,为研究空间环境提供了更好的观测和理论基础.     

三波共振调制与太阳短厘米波射电爆精细结构

本文提出一种理论模型:认为太阳射电辐射作为泵波向外传播时,可与日冕中的MHD波和散射电磁波发生三波共振相互作用,使辐射流量S发生非线性调制。在不完全匹配与MHD波与泵波流量比k²≠0条件下,比模型能很好解释1.36,2,3.2cm三个短厘米波段观测到的精细结构重复率R与S,调制度△S与S之间的统计关系,并认为由于不同MHD波的参预调制,导致1.36cm的调制周期与3.2cm调制周期有明显的差别。此模型也给出了可进一步观测检验的理论预期。     

米波Ⅰ型爆发区域快电子的稳定约束

本文在分析了目前已有的米波Ⅰ型爆发模型的基础上,指出了非热电子在日冕局部区域长时间存在的可能性及其能谱分布是Ⅰ型爆发理论的一个关键问题.考虑了非热电子与啸声的共振相互作用,得到了非热电子得以长期存在所必须满足的啸声稳定化条件.由于Ⅰ型源区E_c》kT,考虑到非热电子可以在磁阱中沿磁力线迅速扩散,论证了非热电子在米波Ⅰ型源区域长期约束是不可能的.但作为耀斑标志的粒子加速过程的长期后果而存在非热电子的连续源时,啸声将使非热电子局限在磁阱的某一部位而不能沿磁力线扩散.这时,在满足稳定化条件的情况下,可以稳定地约束足够数目的非热电子.且在适当磁场条件下,非热电子的能谱具有间隙分布的特点,并产生很高亮温度的朗缪尔波.在此基础上,还解释了Ⅰ型爆发的某些观测特征.     

海洋立管双模态动力学分岔分析

为研究剪切流作用下顶张力立管的涡激振动响应规律,将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型.基于二阶Galerkin模态离散所得常微分方程组,采用谐波平衡法、Poincaré映射方法和Lyapunov指数法分析系统响应特点.研究结果表明:随着流速的增加,系统响应在周期运动和概周期运动间多次转换,其中周期解区域对应系统的涡激共振区;谐波平衡法结果能够较准确地预测涡激共振区周期解的振幅和频率,以及非涡激共振区概周期解的主要频率成分.     

物块落水后运动过程的动力学分析

采用动力学的方法,对物块在流场中的运动进行了受力分析,通过动力学微分方程和边界条件分别得到物体静止进入水中和运动进入水中的物体运动轨迹方程.对于复杂形状,通过工程中常用的体积等效和截面等效的方法获得当量直径,将物块等效为球形,并且引入了空心率的概念用于表征物块形状参数对流场中受力的影响.对于溃口封堵的真实流场,可以采用重力相似准则转化为模型适用的小型流场情况,对其进行分析.     

伴随层流-紊流交替的管流水击衰减特性分析

为了模拟低流速情况下的流态转换和水击波的实际衰减过程,针对管流瞬时流速接近临界流速而导致的层流-紊流交替出现的情况,分别将层流摩阻损失公式和紊流摩阻损失公式引入到传统的特征线法瞬变计算模型,建立改进后的瞬变模拟复合数学模型．通过数值方法对伴随层-紊流交替情况下的水击全过程进行模拟得到关阀瞬变的压力波动时程,与传统瞬变模型计算结果相比,该波动过程线具有更快的衰减速度．结果分析表明,瞬变波的衰减过程实质是弹性波的能量衰减过程,摩阻损失是导致瞬变波衰减的直接原因,当流速较大时,能量消散以紊流摩阻为主,当流速较小时,能量消散以层流摩阻为主．对于瞬变波衰减的模拟,考虑层流区的实际摩阻损失后的衰减速度比传统水击模型计算的衰减速度快,因此,在瞬变波衰减的模拟中必须充分考虑层流摩阻的效应．