Analytic solutions of a class of nonlinear partial differential equations

An approach is presented for computing the adjoint operator vector of a class of nonlinear （that is, partial-nonlinear） operator matrices by using the properties of conjugate operators to generalize a previous method proposed by the author. A unified theory is then given to solve a class of nonlinear （partial-nonlinear and including all linear） and non-homogeneous differential equations with a mathematical mechanization method. In other words, a transformation is constructed by homogenization and triangulation, which reduces the original system to a simpler diagonal system. Applications are given to solve some elasticity equations.     

钝圆柱头质量对简支梁的弹性次碰撞研究

该文采用赫兹碰撞理论、三维动力有限元方法和自行研制的次碰撞实验装置,研究了钝圆柱头质量一次坠落碰撞简支钢梁过程的次碰撞现象、次碰撞过程的持续时间和次碰撞发生的条件.实验测试和数值模拟均清楚地观察到了复杂的次碰撞现象.研究结果表明:(1)当梁初始处于静止状态时,将实验测试和数值模拟结果与理论分析结果对比后发现,首个次碰撞过程由局部接触变形主导,并可以采用Hertz弹性碰撞理论来描述;(2)实验和数值模拟结果展现了与首个次碰撞过程特征迥异的后续次碰撞过程,后续次碰撞过程的持续时间出现大范围的随机变化;(3)进一步分析发现,后续次碰撞过程由局部接触变形和梁的整体变形运动共同主导,梁的整体变形运动使得碰撞力响应变得异常复杂;(4)通过数值计算结果发现,当出现次碰撞现象时,碰撞位移响应中的一阶模态幅值占比会突然降低,相位角发生明显的变化;(5)数值计算结果表明,次碰撞发生的条件与质量比、碰撞初速度、碰撞动量、碰撞位置、测试梁长度和厚度等有关;(6)次碰撞发生的条件若用质量比来度量,则发现存在一个质量比阀值.上述研究表明,局部接触变形和梁的整体变形运动相互作用,产生了复杂的耦合效应,使得次碰撞现象呈现了丰富的力学行为.因此,进一步通过理论、实验和数值仿真研究复杂的次碰撞现象,对于深入理解柔性结构的碰撞行为很有必要.     

多节拍器耦合系统的动力学建模与分析——动量(矩)定理的应用

应用质点系的动量定理和相对动点的动量矩定理,建立了多个节拍器耦合系统的动力学方程.通过数值仿真,分析了其同步现象,并通过实验给予了验证.该问题可用于理论力学课堂教学,丰富教学内容,增强学生理论联系实际的能力.     

轴对称薄壁结构自由振动的边界元分析

采用双互易法分析薄壁轴对称结构自由振动的特征频率以及特征模态.首先,采用径向基函数插值域积分里的位移,利用双互易法将域积分转化为子午面边界的积分.然后,将边界物理量、基本解和特解展开为傅里叶级数,沿环向积分后得到的边界积分方程可用于轴对称结构带体积力问题和受非对称载荷的动力学分析,其积分域为轴对称结构子午面边界上的线积分,进一步降低了问题的维度和离散的难度.文章详细探讨了源点处于对称轴的特殊情况,根据基本解和特解的退化形式,针对无体积力和有体积力分别给出了处理奇异矩阵的方案.对于薄壁结构,采用双曲正弦变换处理近奇异积分有效提高积分精度.最后将双互易法和双曲正弦变化应用于薄壁轴对称结构带体积力的静力学和自由振动分析.数值结果表明,文章提出的处理奇异矩阵的方法能够有效处理源点处于对称轴的情况;当圆筒厚高比为$10^{-3}$,边界元计算的特征频率的相对误差为$10^{-3}$,且优于有限元的结果.      

二硫化钼表面氧化行为的研究（Ⅱ）─—二硫化钼摩擦表面氧化与电子转移的研究

利用电子自旋共振谱和Ｘ射线光电子能谱研究了二硫化钼ＭｏＳ＿２摩擦表面的氧化和电子转移，发现ＭｏＳ＿２在摩擦过程中是以Ｍｏ￣（４＋）经由Ｍｏ￣（５＋）过渡态继而与氧作用生成稳定的Ｍｏ￣（６＋），并且是以ＭｏＯ＿３的形式存在，证明ＭｏＳ＿２的摩擦表面除有一般认为的Ｍｏ￣（４＋）和Ｍｏ￣（６＋）这两种化学状态以外，还有Ｍｏ￣（５＋）自由基离子这种从未发现的的中间态。Ｍｏ￣（５＋）是４ｄ￣１电子构型，其在室温下于空气或氧气中是稳定的，然而在摩擦环境或添加剂的作用下，Ｍｏ￣（５＋）所含不成对电子很容易发生转移而生成Ｍｏ￣（６＋），这种研究结果更加深入地揭示了ＭｏＳ＿２摩擦表面氧化过程的复杂性，因此，应当从摩擦化学角度重新认识ＭｏＳ＿２摩擦氧化产物及其形成机制，这于研究摩擦环境和添加剂对润滑剂的抗氧化协同效应具有重要意义。     

Fabrication of nano-sized Ca(OH)2 with excellent adsorption ability for N2O4

Uniform nano-sized calcium hydroxide (Ca(OH)₂) monocrystal powder was synthesized from calcium oxide in a surfactant solution via a digestion method by decreasing the surface tension of the reaction system to control the growth of crystalline Ca(OH)₂. The Ca(OH)₂ monocrystal powder samples were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray diffraction (XRD), Brunauer–Emmett–Teller (BET), and Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR). The NO_x adsorption ability of the samples was evaluated, and the influence of various types and concentrations of surfactants on powder agglomeration and then the specific surface area in the precipitation process were studied. The specific surface area of the samples was found as high as 58 m²/g and 92 m²/g and the particle size, 300–400 nm and 200–300 nm in the presence of 10 wt% PEG600 and 0.086 mL/L SDS at a reaction time of 5 h, respectively. The product has an exceptionally strong adsorption ability for NO_x, which makes it a highly promising adsorbent for emission control and air purification.     

磁悬浮列车系统的随机最优控制

本文根据磁悬浮列车和车行道的结构特点，将总系统模型按分块原则分成列车、磁执行环节和车行道系统，并在平衡点附近对非线性方程线性化处理，形成末加控制的总系统的状态方程，它是一组考虑外干扰情况下线性时变系统模型。而基于电磁关系原则建立的磁悬浮列车系统模型在末加控制状态下是不稳定的，为了保证列车的行驶舒适性、稳定性及可靠性，承重磁铁与导向磁铁必须加以控制。附加控制方程后，就形成了被控制的总系统的状态方程，从而实现车、磁及车行道模型的有机组合。对于实际工程问题，被控制的总系统的动力学性质由于维数较高，直接计算比较困难，本文采用计算机进行数值仿真，利用随机最优控制理论，对系统悬浮气隙和垂向加速度的变化规律进行了研究，并通过实例给出时变系统的仿真结果。     

配点型区间有限元法

在分析Taylor展开``点逼近'区间有限元法不足的基础上, 提出了基于Chebyshev第一类正交多项式全局逼近目标函数的配点型区间有限元法. 该方法不需要计算目标函数对不确定性变量的灵敏度, 不要求不确定性变量的变化范围为小区间, 并适合求解目标函数为不确定变量非线性函数的情形. 目标函数正交展开式的系数采用Gauss-Chebyshev求积公式得到,故需要在不确定性变量所在区间内配置高斯积分点. 计算目标函数在高斯点的取值是该方法的主要工作量, 当不确定性变量数为m, 并选用高斯十点法进行积分时, 需要对系统进行12$m$次分析. 算例表明, 在其他区间有限元法失效的情况下, 配点型区间有限元法依然能够得到几乎精确的区间界限.      

光纤陀螺热致漂移误差的模糊补偿(英文)

针对光纤陀螺启动过程中的热致漂移误差问题,研究了一种模糊模型补偿方案。依据Shupe非互易性理论和Mohr加热模型试验的结论,以光纤环内侧温度和温度变化率为输入,以陀螺漂移为输出,建立了二输入一输出模糊模型。利用全温范围(-25℃～45℃)内光纤陀螺的恒温静态试验数据,基于自适应神经网络模糊推理系统的自学习功能,辨识出模糊规则库。通过实时施行模糊推理可实现光纤陀螺温度漂移的在线自动补偿。室温验证试验表明,陀螺的零偏稳定性由补偿前的0.037(°)/h提高到0.017(°)/h,陀螺启动时间由补偿前的30 min减少为2 min。     

The effects of fractional order on a 3-D quadratic autonomous system with four-wing attractor

In this paper, a fractional 3-dimensional (3-D) 4-wing quadratic autonomous system (Qi system) is analyzed. Time domain approximation method (Grunwald–Letnikov method) and frequency domain approximation method are used together to analyze the behavior of this fractional order chaotic system. It is found that the decreasing of the system order has great effect on the dynamics of this nonlinear system. The fractional Qi system can exhibit chaos when the total order less than 3, although the regular one always shows periodic orbits in the same range of parameters. In some fractional order, the 4 wings are decayed to a scroll using the frequency domain approximation method which is different from the result using time domain approximation method. A surprising finding is that the phase diagrams display a character of local self-similar in the 4-wing attractors of this fractional Qi system using the frequency approximation method even though the number and the characteristics of equilibria are not changed. The frequency spectrums show that there is some shrinking tendency of the bandwidth with the falling of the system states order. However, the change of fractional order has little effect on the bandwidth of frequency spectrum using the time domain approximation method. According to the bifurcation analysis, the fractional order Qi system attractors start from sink, then period bifurcation to some simple periodic orbits, and chaotic attractors, finally escape from chaotic attractor to periodic orbits with the increasing of fractional order α in the interval [0.8,1]. The simulation results revealed that the time domain approximation method is more accurate and reliable than the frequency domain approximation method.