非保守动力学的Herglotz广义变分原理的研究进展（英文）

综述非保守动力学系统的Herglotz广义变分原理及其对称性与守恒量研究的最新进展。以Lagrange力学、Hamilton力学和Birkhoff力学作为研究框架,介绍其Herglotz广义变分原理、Herglotz型动力学方程、Noether对称性与守恒量,以及对时滞动力学、分数阶动力学、时间尺度动力学的推广,并提出若干问题作为未来研究的建议。     

广义经典力学系统动力学方程积分的Jacobi最终乘子法

研究动力学系统的积分问题,将Jacobi最终乘子法应用于积分广义经典力学系统的动力学方程。建立了广义经典力学系统的运动微分方程;定义了广义经典力学系统的Jacobi最终乘子;研究了系统的第一积分与Jacobi最终乘子的关系。研究表明:对于位形由n个广义坐标确定且拉格朗日函数含有广义坐标对时间的ω阶导数的广义经典力学系统,如果已知系统的(2ωn-1)个第一积分,则可利用Jacobi最终乘子给出系统的解。文末举例说明结果的应用。     

El-Nabulsi型非保守动力学系统的近似Noether不变量

为了探究小扰动作用对动力学系统不变量的影响，研究El-Nabulsi指数模型和El-Nabulsi幂律模型下非保守系统的近似Noether不变量。根据Hamilton原理，并以非标准Lagrange函数作为其作用量泛函，建立非保守系统的El-Nabulsi型动力学方程。在此基础上，依据泛函在无限小变换下的不变性，给出非保守系统在小扰动作用下的近似Noether不变量。当未受扰动时，则给出精确Noether不变量。证明了El-Nabulsi指数模型和El-Nabulsi幂律模型下非保守系统的近似Noether不变量定理。本文方法为研究非保守系统动力学提供了一个新的思路，算例亦显示结果之有效性。     

基于准分数阶模型的分数阶Birkhoff动力学及其Lie对称性

为了探究非保守系统的动力学行为,该文提出并研究基于准分数阶动力学模型的分数阶Birkhoff动力学的Lie对称性和守恒量.准分数阶动力学模型是指基于Riemann-Liouville分数阶积分定义的变分问题、基于按指数律扩展的分数阶积分定义的变分问题和基于按周期函数律拓展的分数阶积分定义的变分问题.首先,建立了基于准分...     

基于准分数阶模型的分数阶Birkhoff动力学及其Lie对称性（英文）

为了探究非保守系统的动力学行为,该文提出并研究基于准分数阶动力学模型的分数阶Birkhoff动力学的Lie对称性和守恒量。准分数阶动力学模型是指基于Riemann-Liouville分数阶积分定义的变分问题、基于按指数律扩展的分数阶积分定义的变分问题和基于按周期函数律拓展的分数阶积分定义的变分问题。首先,建立了基于准分数阶模型的分数阶Pfaff-Birkhoff原理,得到了相应的Birkhoff方程和Lie对称性确定方程。其次,对于基于准分数阶模型的分数阶Birkhoff系统,给出了守恒量的条件和形式,并证明了Lie对称性定理。准分数阶Birkhoff系统与经典Birkhoff系统的Pfaff-Birkhoff原理、Birkhoff方程和Lie对称定理均是该文的特例。最后,给出了若干算例。     

基于主导能量最优逼近的模型降阶方法

本文从能量最优逼近的角度论述了一种新的模型降阶方法。首先根据系统输出的主导能量分布确定系统的主导极点,以此确定降阶模型的维数和分母系数;然后按照使系统主导能量与降阶模型主导能量之差为极小的最优准则,同时通过选择“能量因子”的数值来确定降阶模型的分子系数,从而获得连续系统和离散系统均可适用的统一降阶模式。本文提出的模型降阶方法,可以确保降阶模型的稳定性,具有良好的暂态和稳态拟合精度,并且简便实用。本中举倒说明了这一模型降阶方法的应用,并与其他模型降阶方法进行了对比,结果是令人满意的。     

奇异线性连续随机系统动态噪声统计特性未知时的最小阶滤波器

本文讨论了奇异线性定常连续随机系统最小阶滤波器的设计问题。在系统部分观测能量精确测量以及其有限导数存在的情况下,利用广义逆阵方法选择L矩阵,以消除动态噪声对降阶系统的影响,从而推导出动态噪声统计特性未知时的降阶线性最优滤波器,其阶数为n-m+r。当观测方程奇异假设条件成立及引理有解时,本文证明了最小阶滤波器必定存在。文中举例说明了这一降阶滤波方法的可行性。     

一种简便的模型降阶处理方法

基于大系统理论听集结法，提出了一种简便的动力学模型降阶处理方法。文中针对系统不同的动力学特性，存在相对快变量，存在小量及一般情况，通过选择适当的集结阵和作线性变换处理，分别推导了出相应的降阶模型。分析了该三种降阶模型的降阶精度和适应范围，并通过对某一实际模型进行降阶处理，说明本所提出的三种降阶模型的某一种作为原高阶系统的简化模型是可行的。同一般模态集结法相比，本文所提出的模型降阶方法简便许多，它一     

基于Volterra级数的非定常气动力降阶模型

为了满足气动伺服弹性分析与综合的需要,优化了一种基于Volterra级数的非线性非定常气动力降阶模型。通过CFD技术计算出的广义非定常气动力阶跃响应辨识出Volterra核,应用特征系统实现算法建立非定常气动力的状态空间模型,并将该模型应用于气动弹性计算。用气动弹性标准模型AGARD 445.6机翼对该降阶模型做了验证,结果表明这种方法可以快速准确地求解气动弹性问题。     

旋翼系统模态阻尼数值计算方法

首先基于Hamilton原理建立旋翼系统动力学模型,计算旋翼的振频和振型,然后对稳定悬停状态下的桨叶进行某阶模态的激励,并在旋翼重新达到稳定状态后停止激励,截取旋翼系统自由振动信号,用移动矩形窗法计算旋翼系统的模态阻尼.这种计算系统模态阻尼的数值方法能够对旋翼系统在不同工况下的各阶模态阻尼进行仿真,而且在仿真过程中可以根据桨叶振型将激励按相同相位施加于各自由度上,使桨叶只按该阶振型振动.使用该方法可以突破旋翼动力学试验中激振位置、激振频率与相位的限制,获得旋翼系统更全面的动力学特性.     

基于主导能量法和Pade逼近法的多变量系统的模型简化

本文在运用主导能量分布法初步确定多变量系统简化模型的阶的基础上,综合利用主导能量法和Pade逼近法对多变量系统进行联合降阶,从而获得具有较好的暂态和稳态拟合精度的降阶模型。文中的算例表明,本文提出的模型简化方法可得到较为满意的结果。 本文的方法适用于存在主导极点的复杂系统和大系统。     

动态系统元器件失效率的矩独立重要性测度分析

针对不确定性元器件失效率对动态系统失效概率影响程度的度量问题,研究了动态系统元器件失效率的重要性分析方法。分析了不确定性情况下动态系统失效概率的特点;依据Borgonovo的矩独立灵敏度分析思想,提出了两种新的矩独立不确定性重要性测度,给出了基于蒙特卡罗数值仿真的一般求解方法,分别用来分析系统工作时间给定和在区间变化两种情况下元器件失效率不确定对系统失效概率分布函数的贡献程度;建立了重要性测度的高效算法,通过稀疏网格积分技术将多元函数的积分问题转化成一元函数积分的张量积组合,通过Edgeworth级数方法将响应量分布函数的求解问题转化为基于其前四阶矩的失效概率估计,从而有效降低了功能函数的调用次数,提高了重要性测度的求解效率。最后,通过两个算例验证了所提方法的合理性和算法的高效性。     

小型固定翼无人机绳钩回收过程动力学分析

绳钩回收作为小型固定翼无人机的一种精确定点拦阻无损回收技术,近年来在国内外得到迅速发展。本文以某型无人机的绳钩回收系统为研究对象,对绳钩回收系统进行了参数化处理并建立了两种动力学仿真模型。一是在考虑回收架柔性基础上建立了基于Lagrange方程的绳钩回收系统的动力学仿真模型,二是在考虑绳索变形和系统结构细节基础上建立了基于MSC.ADAMS的绳钩回收系统的多体动力学仿真模型。通过上述两种仿真模型的算例分析以及与某型无人机绳钩回收试验的测试数据作对比,验证了两种动力学仿真模型在绳钩回收系统不同设计阶段的适用性和有效性。     

粘弹性材料参数随机性对PCLD板动力学特性的影响

使用分布参数传递函数方法研究了阻尼层粘弹性材料随机性对被动约束层阻尼(PCLD)板动力学特性的影响.首先从Hamilton原理出发建立了PCLD板的动力学方程,引入状态向量,建立了系统的状态空间方程,利用分布参数传递函数方法求解方程得到了四边简支PCLD板的固有频率和损耗因子.以粘弹性材料分数导数模型中的参数作为基本的随机变量,并假设其服从正态分布.使用Monte Carlo直接抽样法研究了材料参数的随机性对PCLD板结构固有频率和模态损耗因子的影响.计算结果表明,粘弹性材料参数的随机性对板动力学特性具有较大的影响,因此对PCLD结构采取随机分析是非常必要的.     

分布式涵道尾桨气动噪声特性研究

为研究新型分布式涵道尾桨噪声特性，建立了基于滑移网格和可穿透积分面的分布式涵道尾桨气动、噪声特性分析方法并验证了方法的有效性。流动控制方程采用非定常雷诺平均N-S方程，空间离散采用二阶逆风Roe格式，时间推进方法采用隐式LU-SGS格式，湍流模型采用S-A一方程湍流模型，噪声求解方法采用FW-H方程。基于建立的方法，对比分析了传统变总距孤立尾桨和电动变转速多涵道尾桨气动与噪声特性。结果表明：相同气动力状态下，相比于变总距孤立尾桨，在尾桨噪声主要影响方位（桨盘平面内），三涵道尾桨噪声降低5～6 dB。随着转速降低，分布式涵道尾桨噪声声压级逐渐降低。     

复合干扰下永磁球形电机的全阶滑模控制

针对受外部干扰和模型不确定性影响的永磁球形电机运动系统,提出一种基于有限时间干扰观测器的全阶滑模控制方法。首先,在复合干扰下建立永磁球形电机的动力学模型,其不确定性包括建模误差和外界干扰。其次,设计有限时间干扰观测器以快速、准确地估计出系统的复合干扰。然后,为永磁球形电机设计了全阶滑模面,理想滑模运动时反映其全阶动态特性,而不是传统滑模控制系统中的降阶动态特性。最后,通过李雅普诺夫定理证明了所提控制方法的闭环系统的稳定性。仿真和实验结果表明所提控制器在复合干扰情况下具有良好的动态特性和抗干扰能力。     

基于特征正交分解的壁板热颤振分析

当马赫数较高时,气动加热产生的面内热应力,使得壁板的抗弯刚度减弱,导致壁板出现复杂的动力学响应,对疲劳破坏预测意义重大。本文将基于特征正交分解法(POD)建立降阶模型(ROM)用于超音速气流中受热壁板的非线性颤振分析。考虑均匀受热的简支板,采用von Karman大变形理论,一阶活塞理论及准定常热应力理论建立壁板的热气动弹性方程。基于Galerkin混沌响应解作为快照数据提取最优POD模态,建立POD降阶模型。分别采用时程图,相平面图,庞加莱映射,分岔图及最大李亚普诺夫指数(LLE)判断混沌等复杂响应。结果表明,POD方法以更少的模态,更短的计算耗时得到与Galerkin方法吻合较好的稳定性边界及复杂响应解。另外,发现壁板颤振系统存在长时间的瞬态混沌现象,而POD方法比Galerkin方法能够更快地收敛到稳态的周期运动。     

一种解Dirichlet问题的虚拟区域法及其在广义Stokes问题中的应用(英文)

讨论了求解线性 Dirichlet问题的虚拟区域法及其在广义 Stokes问题中的应用 .这种方法通过 Lagrange乘子技术来处理 Dirichlet边界条件 ,因而非常适用于粘性流动问题中的无滑移边界条件。为提高解的精度 ,我们根据事后误差估算对网格进行自适应加密。Mini-element离散被应用于广义 Stokes问题的求解。最后 ,我们给出一些数值结果以验证这种针对 Dirichlet边界条件的偏微分程解法。     

基于弹簧系统网格变形方法的旋翼气弹耦合分析

在旋翼气动弹性耦合（CFD/CSD）分析中引入弹簧系统网格变形方法,建立了一套适合于旋翼气动载荷分析的CFD/CSD耦合方法。为了解决CFD/CSD耦合中关键的网格变形问题,旋翼桨叶贴体网格变形采用基于“ball-vertex” 弹簧系统的动态网格方法,通过添加冗余约束,避免了畸形网格单元的产生。旋翼流场计算采用基于Navier-Stokes(N-S)方程的CFD模块,对基于运动嵌套网格 的空间流场进行求解,湍流模型采用B-L模型。结构分析采用基于中等变形梁理论的CSD模块,基于Hamilton变分原理建立旋翼桨叶动力学方程。首先对振荡NACA0012翼型的流场进行了求解,验证了网格变形模块和CFD模块的有效性,然后采用UH-60A直升机旋翼作为算例对结构动力学模块进行数值验证。在此基础上,计算了UH-60A直升机旋翼桨叶在前飞状态下的非定常气动载荷,并与飞行测试数据进行了对比。计算结果表明,文中的弹簧系统网格变形方 法可以有效地用于旋翼CFD/CSD耦合计算分析,提高了旋翼气弹载荷的预测精度。     

航空发动机控制器降阶方法

研究了状态空间模型的降阶方法,介绍了平衡截取降阶方法,提出最小二乘降阶方法.根据降阶前后系统应具有相同的输出,采用最小二乘法计算出降阶后系统的模型参数.以状态空间形式的某航空发动机控制器为降阶示例,采用以上两种方法进行了降阶研究,结果表明所提出的最小二乘法具有更优的性能.