爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析

对基于Timoshenko梁理论建立的非线性动力有限元法作了改进。根据压区理论得到混凝土的平均剪应力和平均剪应变关系,建立了能反映箍筋的抗剪作用的材料模型;此外,对结构在爆炸荷载作用下可能出现的各种响应现象进行了描述,以准确地预测梁破坏时不同位置截面上钢筋和混凝土的受力、变形及破坏情况。应用改进的材料模型,对爆炸荷载作用下的五个钢筋混凝土试验梁的动力响应和破坏形态进行了数值模拟,结果表明,该数值方法能较好地模拟钢筋混凝土梁的弯曲、弯剪和剪切等破坏形态。     

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。     

DC-DC开关功率变换器的非线性动力学行为研究

DC-DC开关功率变换器是一种典型的分段光滑动力学系统, 在一定的工作和参数条件下, 系统会出现各种分岔如倍周期分岔、Hopf分岔、边界碰撞分岔和混沌运动. 系统评述了DC-DC开关功率变换器的非线性动力学行为的研究进展;介绍了离散非线性映射、分段线性模型、平均值模型等3种建模方法;分析了这种电路系统中的分岔特点及通向混沌的途径与机制;结合我们的研究工作, 讨论了对这种电路系统进行混沌控制的必要性及相关策略;最后, 从应用的角度提出了未来的若干研究方向.      

两层流体中二维非线性界面波的演化方程

给出两水平固壁间两层不可压缩理想流体中二维非线性界面波的演化方程，首先建立出这个演化方程，并由此方程在一定条件下得到二维非线性界面长波满足的近似方程，然后从理论上证明这个长波近似方程包含了以下两个描述一阶界面升高的著名的浅水孤立波方程；Korteweg-de Vries(KdV)方程和Kadomtsev-Petvishvili(KP)方程，所得特殊结果与前人的一致，表明所建立的二维非线性界面波演化方程正确且具有一般性。     

一种直流力矩电机系统的滞滑摩擦补偿方法

陀螺漂移测试转台直流力矩电机系统中存在的非线性滞滑摩擦，使转台在PID控制下存在滞滑极限环。为提高转台定位精度，应用具有滞滑(stick-slip)摩擦的直流力矩电机系统模型，推导了一种补偿方法，对含有滞滑摩擦的PID控制转台直流力矩电机伺服系统进行滞滑摩擦补偿。在采用PID控制的转台电机系统定位工作状态下，这种滞滑补偿方法可以减小滞滑极限环的幅值。仿真结果证明了该补偿方法的有效性。     

Lamb波在复合材料板中传播的谱有限元模拟

众所周知Lamb波在复合材料中的传播呈各向异性的特点,经典有限元法模拟这类问题效率不高,所以,本文采用谱有限元法进行研究。先建立了一种新的谱有限板单元,该单元以Gauss-Lobatto-Legendre点作为节点,使质量矩阵是对角矩阵;另外,该单元采用了扩展的位移场,能够较好地模拟板结构的三维特性。然后,对复合材料板结构中Lamb波在对称模式与反对称模式下的传播速度进行了求解,将计算结果与Mindlin板谱单元的结果以及三维弹性理论的结果进行了比较,并讨论了Lamb波在反对称层合板中的传播特点。最后,模拟了Lamb波在含和不含损伤复合材料层合板中的传播,数值结果表明所建立的谱有限板单元可以较好地模拟出Lamb波在复合材料板结构中的传播特性。     

海洋平台的时域低阶建模与主动控制研究

以海洋平台为对象, 开展时域低阶建模与主动控制的研究. 首先采用OKID(observer/Kalman filter identification)辨识方法, 根据系统的输入和输出时间历程数据计算出系统的Markov参数, 然后采用特征系统实现方法(eigensystemrealization algorithm, ERA)建立起一个阶数较低的系统状态空间模型, 随后基于该低阶模型采用LQG (linear quadratic Gaussian)控制方法进行控制律的设计, 最后将该控制律引入到系统的有限元模型中进行反馈闭环控制, 验证控制律的有效性. 数值仿真结果显示, 所给方法是有效和可行的.      

平面P波在充满流体的任意形状孔洞上的散射

采用复变函数的保角映射方法和波函数展开法,根据孔洞与内部流体在界面上的应力和位移连续的边界条件,得到了充满流体的任意形状的孔洞对入射平面P波的散射问题的理论解,以椭圆形孔洞为例,着重分析了椭圆的长短轴之比、流体的存在与否以及入射频率对散射幅值的影响,结果表明:(1)圆形孔洞的分波波谱的峰值分布均匀,而椭圆形孔洞则不均匀;(2)散射P波的波谱主要集中于前进方向和背向一侧,而散射S波的波谱主要集中于与传播方向垂直的一侧;(3)入射波与孔洞的作用面积越大,散射P波的波谱也越大,而散射S波的波谱也越小;(4)当孔洞为圆形时,流体对散射P波和S波的波谱影响最小,即此时流体与孔壁的动力相互作用最小.     

Parametric study of control mechanism of cortical bone remodeling under mechanical stimulus

The control mechanism of mechanical bone remodeling at cellular level was investigated by means of an extensive parametric study on a theoretical model described in this paper. From a perspective of control mechanism, it was found that there are several control mechanisms working simultaneously in bone remodeling which is a complex process. Typically, an extensive parametric study was carried out for investigating model parameter space related to cell differentiation and apoptosis which can describe the fundamental cell lineage behaviors. After analyzing all the combinations of 728 permutations in six model parameters, we have identified a small number of parameter combinations that can lead to physiologically realistic responses which are similar to theoretically idealized physiological responses. The results presented in the work enhanced our understanding on mechanical bone remodeling and the identified control mechanisms can help researchers to develop combined pharmacological-mechanical therapies to treat bone loss diseases such as osteoporosis.     

Active control and experiment study of a flexible hub-beam system

The first-order approximation coupling （FOAC） model was proposed recently for dynamics and control of flexible hub-beam systems. This model may deal with system dynamics for both low and high rotation speed, while the classical zeroth-order approximation coupling （ZOAC） model is only available for low rotation speed. This paper assumes the FOAC model to present experimental study of active positioning control of a flexible hub-beam system. Linearization and nonlinear control strategies are both considered. An experiment system based on a DSP TMS320F2812 board is introduced. The difference between linearization and nonlinear control strategies are studied both numerically and experimentally. Simulation and experimental results indicate that, linearized controller can make the system reach an expected position with suppressed vibration of flexible beam, but the time taken to position is longer than expected, whereas nonlinear controller works well with precise positioning, suppression of vibration and time control.