不确定结构时域响应分析的多项式维数分解法

针对具有不确定参数结构,提出时域不确定性传播和量化的多项式维数分解法,确定了结构响应统计量的演变过程.首先,采用参数概率模型来描述结构参数的不确定性,建立结构动力学方程,将结构响应表达为不确定参数的函数;进一步,将所关心的结构响应采用成员函数进行维数分解,并利用正交多项式基底对成员函数进行Fourier展开;最后,应用降维积分方法进行展开系数的求解,给出了响应均值和标准差的计算表达式.在数值算例中,将本文方法与蒙特卡洛方法进行对比,结果表明所建立方法具有较高的求解效率和计算精度.     

动态系统降维的直接迭代(DI)方法

针对计算结构动力学和大系统理论所要处理的动态系统提出了一种模型降维直接迭代法,这种方法运算操作简单,不必计算系统的特征对,所以对系统矩阵的性能要求不高,有适用范围广,逼近精度高的特点。     

滑坡分维特征及其预测意义

本文依据分形理论，采用盒维数法计算了西藏樟木地区滑坡及其水系的空间分维。分析了分维的变化特征。发现滑坡高潮期前存在不同幅度的降维现象，滑坡区滑坡活动程度不同，其水系分维在不同观察尺度下变化幅度有显着的差别。探讨了分维的预测意义。     

一种低运算量GNSS接收机快速捕获方法

为了减少捕获阶段占用的时间与功耗,提出了一种低运算量的快速捕获方法。首先选取伪码周期整数倍数据进行二维重排,利用降采样理论对每个数据横块混叠;其次通过竖块FFT运算实现频率补偿以增强叠加信号的信噪比,使用横块FFT运算细化多普勒频移分辨率并得到特定的伪码相位筐,搜索特定筐内伪码相位的最大相关值。最后得到确切的伪码相位与多普勒频移。实际数据仿真结果表明,降采样因子与数据块个数取2时,所提方法运算效率是基于FFT捕获方法的4.1倍,基于SFT捕获方法的1.7倍,运算效率随降采样因子与数据块个数增大显著提升,能更好满足接收机的性能要求。     

Lorenz吸引子的微观结构

轨迹保稳降维是一种分析高维非线性系统稳定性的方法。其要点是先在高维空问中求取轨迹；再将F轨迹映射为n-1个R^2映像，并在变换中严格保持感兴趣的稳定特性：分析各映像轨迹的稳定性：最后聚合为原轨迹特性的描述。本文按此分析Lorenz吸引子的结构稳定性。例如，将其中的z变量处理为时变参量后，(x,y）子系统成为时变的线性2维系统，可得分岔集{zcr}及奇点特性沿z轴的变化规律。故对于特定的轨迹(x,y,z），可将其在各坐标平面上的投影轨迹分成短线段的有序队列，各相邻线段对应于特性不同的奇点，从而揭示Lorenz吸引子全局分岔的精细结构及其通往高维混沌的道路。     

加性非平稳激励下结构速度响应的FPK方程降维

结构在随机激励下的非线性响应分析是具有高度挑战性的困难问题. 对于白噪声或过滤白噪声激励,求解FPK方程将获得结构响应 的精确解. 遗憾的是,对于非线性多自由度系统,FPK方程难以直接求解. 事实上,其数值解法严重受限于方程维度,而解析求解 则仅适用于少数特定的系统,且多是稳态解. 因此,将FPK方程进行降维,是求解高维随机动力响应分析问题的重要途径. 本文针 对幅值调制的加性白噪声激励下多自由度非线性结构的非平稳随机响应分析问题,将联合概率密度函数满足的高维FPK方程进行降 维. 针对结构速度响应概率密度函数求解,通过引入等价漂移系数,原FPK方程可转化为一维FPK型方程. 建议了构造等价漂移系数 的条件均值函数方法. 进而,采用路径积分方法求解降维FPK型方程,得到速度概率密度函数的数值解答. 结合单自由度Rayleigh 振子、十层线性剪切型框架和非线性剪切型框架结构在幅值调制的加性白噪声激励下的非平稳速度响应求解,讨论了本文方法的精 度和效率,验证了其有效性.      

多自由度转子-轴承系统周期运动分岔及稳定性研究

建立考虑诸多因素的转子-轴承系统多自由度模型,将与Newmark结合的打靶法应用到多自由度转子-轴承系统的周期稳定性分析中。着重研究了转子-轴承系统失稳转速随系统偏心量、轴承间隙、润滑油动力粘度以及轴承长径比的变化规律,研究结果表明:提高系统偏心量、减小轴承间隙、增大润滑油动力粘度以及选择适当的轴承长径比均能提高转子-轴承系统的失稳转速;对于不同的参数值,系统表现出不同的分岔规律,系统发生半速涡动时表现为倍周期分岔或拟周期分岔,发生油膜振荡时则表现为拟周期分岔。     

高维非线性动力学系统降维方法的若干进展

综述近年来非线性动力系统降维理论与方法的研究现状.主要介绍非线性动力系统现有降维方法的基本思想、特点与局限性;这些方法包括: 基于中心流形理论的降维方法, Lyapunov-Schmidt (L-S)方法, 非线性Galerkin方法和本征正交分解技术(proper orthogonaldecomposition, POD)方法;并简单介绍了基于规范形理论和快慢流形动力系统的降维方法.最后提出关于高维非线性动力系统降维的一些新设想,并讨论了今后研究工作的方向.      

降维变分方法

依据能量原理建立降维变分法,该方法将物体离散为条,在一定约束下,一条独立求解能量极值,可有效简化数值计算,本文研究分条离散方法,极值约束,边界条件处理并给出证明.更重要的,该方法揭示了新的物体形变运动规律.在此也做了分析.     

基于POD-Galerkin降维方法的热毛细对流分岔分析

作为流动与传热相互耦合的非线性过程, 热毛细对流有着复杂的转捩过程, 探究流场和温度场随参数变化而发生的分岔现象, 是热毛细对流研究的一个重要课题. 基于本征正交分解的POD-Galerkin降维方法可以通过提取特征模态, 构建低维模型, 实现流场的快速计算. 数值分岔方法可以通过求解含参数动力系统的分岔方程, 直接计算稳定解和分岔点. 探究了将直接数值模拟方法、POD-Galerkin降维方法、数值分岔方法的优势结合, 以提高热毛细对流转捩过程分析效率的可行性. 利用直接数值模拟得到的流场和温度场数据, 构建了不同体积比下, 二维有限长液层热毛细对流的POD-Galerkin低维模型, 在低维模型上采用数值积分及数值分岔方法计算了分岔点, 得到了低维方程的分岔图. 在一定参数范围内, 在低维模型上模拟热毛细对流, 对雷诺数和体积比进行参数外推, 通过与直接数值模拟的结果对比, 验证了低维模型的准确性与鲁棒性. 说明了低维方程可以定性反映原高维系统的流动特性, 而定量方面, 由低维模型和直接数值模拟计算得到的周期解频率的相对误差大约为5%. 验证了利用POD-Galerkin降维方法研究热毛细对流的可行性.      

基于降维滤波器的SINS快速初始对准算法（英文）

引入惯性元件信息观测的初始对准方法能够快速提高SINS的对准速度,但同时存在滤波计算量大、系统噪声与观测噪声相关以及观测值中的高频噪声影响滤波精度的问题。针对这些问题提出了一种捷联惯导快速初始对准降维滤波器设计方法,通过剔除不可观测量和合理选取状态量以降低状态方程维数,并推导了观测方程,在采用低通滤波器对惯性器件原始信息预处理基础上应用噪声相关下的Kalman滤波进行状态估计。理论分析和试验结果表明,新方法提高了对准速度,减少了计算量,水平姿态角收敛速度提高了90%,计算量减少了83.33%,并可有效抑制高频噪声对状态估计的影响。     

随机结构响应密度演化分析的映射降维法

提出了随机结构响应密度演化分析的映射降维算法. 在一般线性与非线性随机结构分析中,采用近年发展起来的密度演化方法,能够获得动力响应的瞬时概率密度函数及其演化过程,具有较好的精度. 当具有多个随机变量时,采用常规的格栅型选点将导致过大的计算工作量. 基于Cantor集合映射的基本思想,将多维空间中的离散网格点逐次两两降维,按照概率测度值进行排序、取点,从而将具有多个随机变量的随机结构分析问题的计算工作量降到与仅含单一随机变量的随机结构分析相当的水平. 与随机模拟结果的比较表明：建议的方法具有较高的精度和效率.     

双频内共振系统的Normal Form及其简化

讨论双频内共振系统的 Normal Form及其降维问题.利用发展的 Normal Form直接方法,导出了任意双频内共振系统 Normal Form的一般形式.指出 Poincare共振项分为内共振项和非内共振性两类,并定义了内共振项的阶.提出了一种普遍适用的降维变换,并证明了该变换可将任意双频内共振系统的 Normal Form方程降到3维.应用举例表明,该变换不仅适用于半单问题,也适于非半单问题（即强:1:1内共振系统）.     

随机风-浪一体化降维建模及风机结构可靠度研究

基于随机脉动风场和随机波浪力场的谱表示降维模拟方法,采用脉动风速Davenport谱与波浪P-M谱对风、浪谱参数进行一体化构造,并应用相同的基本随机变量来保障风、浪模拟的概率信息一致,实现了随机风-浪一体化降维建模。进一步,基于ANSYS有限元软件建立了近海风机塔架数值计算模型,并以顶点位移为指标,进行了三种工况下结构的动力可靠度分析。数值算例验证了随机风-浪一体化降维建模方法的有效性。结构动力分析结果表明,风荷载对风机塔架顶点位移响应的影响占主导地位,同时波浪荷载的作用亦不可忽略。此外,随机风-浪一体化降维方法生成的代表性样本概率信息完备,可与概率密度演化理论结合实现海工结构在风浪共同作用下的精细化动力响应及可靠度分析。     

基于SALDE-UKF-SVM算法的WLAN室内定位方法

针对室内复杂环境,WLAN信号强度信息高维时变特性,提出一种引入监督能力的自适应局部线性判别嵌入算法(SALDE)和改进支持向量机(SVM)的室内无线定位算法。首先,该算法利用SALDE对所采集的WLAN信号进行特征提取,达到降低维度和增大类别间判别信息的双重作用。然后,在低维流形空间中,利用SVM对数据进行特征分类判别,缩小定位区域,同时建立位置坐标与信息强度的非线性映射模型;最终利用无迹卡尔曼滤波算法(UKF)对估算位置进行滤波处理,提高定位精度与稳定性。仿真结果表明,该算法在定位误差2 m范围内精度达到72.4%,在4 m范围内精度已经高达95.8%,相比于传统SVM算法2 m内精度提高18.2%,在4 m内的精度提高17.7%,定位精度得到明显提升,可以较好地满足室内定位的需求。     

约束多体系统的基于离散零空间的隐式龙格库塔法

将离散零空间理论应用于多体系统动力学方程的数值计算,可降低多体系统动力学方程的维数。通过给出离散零空间理论与IRK法相结合的一般数学框架,提出了多体系统动力学的基于离散零空间理论的IRK法。数值算例表明：该算法可获得较满意的数值结果,约束违约程度很小,三种积分算法算例的范数均在10^-16之内。     

功能梯度材料瞬态热传导问题的降维精细积分法

针对功能梯度材料(FGMs)的二维瞬态热传导问题,提出了一种有效的降维精细积分法。通过空间坐标的分步离散,将原二维问题的精细积分转化为一系列一维问题的精细积分,解决了直接精细积分算法所面临的传递矩阵 规模过大的问题,从而大幅度降低了计算量和存储量。算例表明了本文方法的有效性。     

考虑局部非线性结构振动的模型预测控制

针对具有局部非线性的结构振动主动控制问题,首先,利用Newmark-β法推导了局部非线性结构动力响应的时域显式递推表达式。然后,基于该表达式,一方面建立了局部非线性结构振动预测模型,并借鉴模型的线性化思想对非线性环节进行处理,提出考虑局部非线性结构振动的模型预测控制算法;另一方面,在获取各仿真时刻的预测初始状态时,为避免直接对非线性动力学方程所有维度的完全迭代求解,推导了时域显式降维迭代方法,从而使在线计算效率得到显著提高。最后,分别以局部非线性弹簧振子系统在简谐激励作用下的无控动力学分析和含粘滞阻尼器毗邻框架建筑结构在地震激励作用下的受控振动为例,进行数值仿真,结果表明,本文算法计算准确且控制效果较好。     

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。     

有限元方法中的光滑积分伪弱形式

提出了一种光滑积分伪弱形式,将光滑积分拓展至被积函数非偏导项求解。结合光滑应变技术和伪弱形式,可实现有限元系统方程统一光滑积分求解,即对刚度矩阵和质量矩阵中的应变矩阵和形函数矩阵均可进行光滑积分处理,并转化为光滑子域的边界积分。光滑积分伪弱形式与光滑应变技术比较,增加了形函数矩阵不定积分处理过程,且没有降低有限元求解对形函数连续性的要求。不过,伪弱形式改变了单元积分的求解形式,连续质量矩阵求解也无需坐标映射和雅可比矩阵计算。以轴对称二维问题为研究对象,结果表明极度不规则三角形和四边形单元光滑积分伪弱形式在静态和动态有限元方程求解中也具有很好的精度。