系统科学方法论探索

众所周知,系统科学是适应科学方法论的变革而产生的新学科。系统科学研究自然界和人类社会各类复杂系统的共同特性,探索系统的生成、演化和涌现的普遍规律。系统科学与经典科学在方法论上有着本质的区别。经典科学注重还原分析,而系统科学强调整体把握。本文首先回顾我国在系统科学方法论上所取得的重要成果,接着简介作者从运筹学角度对描述方法所做的研究,然后着重探讨网络科学的研究方法对系统科学的借鉴作用。      

多功能复合材料结构状态感知系统

由于具有比强度和比刚度高、可设计性强等优点,先进复合材料正在逐步成为新一代民用飞机的主要结构材料。为了充分利用复合材料的优越性能,有必要研发一种与复合材料结构集成一体的多功能传感系统,以使复合材料结构可以"感觉"和"思考"自身状态。本文提出一种类似于人体神经系统的多功能传感器网络系统,将不同功能的传感器有机结合起来,并与复合材料结构永久集成于一体,用来感知结构应变、温度、湿度、气动压力等参量,并监测发生在结构上的外界撞击及内部损伤。利用这一新概念设计和制造的未来复合材料结构可以提供多种模式的综合信息,从而使之具有智能传感、环境适应等多种功能。本文同时也讨论了发展这样一种多功能结构状态感知系统所面临的挑战与有关解决途径。     

网络爆轰驱动飞片的设计技术

提出使用炸药网络爆轰技术,设计了一种新型的低速飞片击靶加载装置,结合数值模拟和实验测 量,对驱动飞片的速度、平面性及装置结构参数进行了系统分析。实验结果表明,无氧铜飞片可以使直径 100mm、厚度3mm 的飞片在飞行距离2mm 内达到稳定的飞行状态,击靶速度在200~350m/s范围内连 续可调,飞片击靶平面范围大、速度均匀、平面性好,为实现低冲击应力的一维应变加载提供了参考。     

开裂孔隙材料渗透率的细观力学模型研究

采用细观力学方法对含随机裂纹网络的孔隙材料渗透性进行研究.开裂孔隙材料渗透性的影响因素包括裂纹网络的密度、连通度、裂纹的开度以及孔隙材料基体渗透性.对于不连通的裂纹网络,该文采用已有的相互作用直推法(interaction direct derivative,IDD)的理论框架,引入裂纹的密度$\rho$和裂纹开度比$b$,提出了裂纹夹杂$\!$-$\!$-$\!$基体两相复合材料渗透率的IDD理论解.对于部分连通裂纹网络,考虑局部裂纹团内部各个裂纹对有效渗透率的相互放大作用,引入裂纹网络的连通度$f$,定义与连通度相关的水平裂纹密度$\rho^{h}$,按照增量法将表征连通特征的水平裂纹嵌入有效基体中,以此方式来考虑裂纹夹杂间的相互搭接,提出了考虑裂纹连通特征的扩展IDD理论解,分别考虑了基体材料渗透率$K_{m}$、裂纹密度$\rho $、裂纹开度比$b$以及与连通度$f$相关的$\rho ^{\rm h}$.最后通过对有限区域内含随机裂纹网络孔隙材料渗透过程的有限元模拟分别验证了不连通和部分连通裂纹网络扩展IDD模型的适用性:(1)当裂纹不连通时,由于基体对流体渗透的阻隔作用,裂纹的开度对有效渗透率影响不大;(2)当裂纹部分连通时,裂纹密度分别小于1.1(无关联裂纹网络,分形维数为2.0)、1.2(关联裂纹网络,分形维数为1.75)时,扩展IDD模型能够很好地估计开裂孔隙材料的有效渗透率,但是随着裂纹进一步扩展,最大裂纹团主导作用凸显,扩展IDD模型不再适用.      

基于数字孪生的飞机蒙皮裂纹智能检查维修策略

飞机结构的检修工作需要根据裂纹扩展预测结果制定出检查时间,而裂纹扩展受到多种随机不确定.因素的影响.为了综合利用基于物理知识的模型预测结果与基于检查的观测结果、有效地追踪和控制不确定性,论文提出了一种基于数字孪生的飞机蒙皮裂纹智能检查维修策略.该方法以含铆钉孔边裂纹的飞机蒙皮为研究对象,结合降阶的断裂力学仿真模型、疲劳...     

用于混沌时间序列预测的多簇回响状态网络

研究了混沌时间序列预测问题.提出了一种由五元生长因子组调控的类皮层神经网络模型,即多簇回响状态网络模型（MCESN）.研究表明该生长因子组能够有效决定模型的拓扑性质;同时具备小世界和无标度等复杂网络特征的MCESN能够获得较优的预测结果.通过Monte Carlo仿真实验表明,该模型不仅训练算法简单,而且与常规回响状态网络比较,预测结果的精度更高、标准差更小. 关键词： 混沌时间序列预测 回响状态网络 复杂网络 Ω复杂性')" href="#">Ω复杂性     

基于社团结构的城市地铁网络模型研究

本文运用复杂网络理论, 对我国北京、上海、广州和深圳等城市的地铁网络进行了实证研究. 分别研究了地铁网络的度分布、聚类系数和平均路径长度. 研究表明, 该网络具有高的聚类系数和短的平均路径长度, 显示小世界网络的特征, 其度分布并不严格服从幂律分布或指数分布, 而是呈多段的分布, 显示层次网络的特征. 此外, 它还具有重叠的社团结构特征. 基于实证研究的结果, 提出一种基于社团结构的交通网络模型, 并对该模型进行了模拟分析, 模拟结果表明, 该模型的模拟结果与实证研究结果相符. 此外, 该模型还能解释其他类型的复杂网络(如城市公共汽车交通网络)的网络特性. 关键词： 复杂网络 地铁网络 小世界 社团     

基于交通流量的病毒扩散动力学研究

不同于经典扩散模型中节点传染力等同于节点度k的假定, 基于交通流量的病毒扩散模型中, 各个节点的传染力可以等同于节点实际介数b_k. 利用平均场近似方法, 提出基于交通流量SIS病毒修正扩散模型. 根据修正SIS模型, 以最小搜索信息路由为例, 重新研究病毒传播率β, 平均发包率λ同传播阈值β_c, 平稳状态病毒密度ρ之间的关系. 理论分析与实验结果均表明, 当网络拓扑和路由策略一定时, 传播阈值β_c为实际介数b_k的均值<b_k>与其平方的均值<b_k²>的比值. 而稳定状态时感染密度ρ同感染同病毒传播率β, 平均发包率λ 以及λ =1时节点实际介数的均值<b_λ=1> 的乘积倒数存在幂率关系.     

大规模软件系统的无标度特性与演化模型

在软件工程中，常用类图来描述类之间的关系. 以软件系统网为研究对象，通过对Sun和IBM公司提供的大规模软件系统进行实证分析，发现Java软件系统网的度分布是无标度分布，标度指数γ≈2.5. 在软件系统网的演化过程中，除加点之外，还存在边的添加、边的随机移除与边的重连等局部事件. 由此建立了软件系统演化模型. 由该模型演化生成的网络，其度分布服从幂律分布. 实际应用与数值仿真验证了该模型的有效性. 关键词： 软件系统 复杂网络 度分布 无标度     

PVA改性PAMPS-PAM超高力学性能双网络水凝胶的制备

采用紫外光引发聚合制备了聚乙烯醇(PVA)改性的聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)-聚丙烯酰胺(PAMPS-PAM)双网络(DN)水凝胶.测定并比较了PVA改性前后PAMPS-PAM双网络水凝胶的溶胀动力学;通过扫描电子显微镜(SEM)观察了单网络水凝胶的结构;测定PVA改性前后PAMPS-PAM双网络水凝胶的压缩及拉伸性能.结果表明,经PVA改性后的PAMPS-PAM双网络水凝胶有较高的溶胀比;0.82%PVA用量的PAMPS-PAM双网络水凝胶在90%压缩形变率下仍保持完整、最大拉伸应力达到0.5 MPa,大幅提高PAMPS-PAM双网络水凝胶的力学性能.