船舶横纵摇耦合运动突变特性分析

采用非线性动力学理论和突变理论研究了二自由度船舶摇摆的非线性运动.用多尺度法求解正弦调制激励下船舶横纵摇耦合运动的非线性微分方程,得到系统的稳态解,并分析其稳定性.通过对分叉响应方程的计算,获取稳态解处的分歧点集,进而分析系统的突变特性,确定突变类型.数值分析结果表明,当ω1=1,μ1=0.015,μ2=0.015,α1=2.1时,随着F1的变化分歧点曲面存在尖点型突变,且在一定波浪力矩条件下,船舶运动幅值将产生分支突变,从而引起横摇幅值的突跳,此现象可能导致船舶倾覆.     

基于希尔伯特变换的两栖车辆非线性横摇运动模型辨识研究

为了识别两栖车辆非线性横摇运动方程,首先采用希尔伯特变换法把自由横摇衰减信号变换成解析信号,该解析信号包含了自由横摇运动的瞬时幅值信息和瞬时频率信息,并给出了两栖车辆非线性横摇运动方程阻尼函数和恢复函数与瞬时幅值和频率的关系式,最后由最小二乘法拟合拟合即可获得两栖车辆非线性横摇运动方程的非线性阻尼项和恢复项系数.应用所提出的方法针对数值仿真实例和某两栖车辆1∶4模型自由横摇衰减实验数据,成功地估计出了非线性参数,估计值与真值及实验值吻合很好.估计结果表明所提出的方法可以用于估计两栖车辆非线性横摇运动方程,而且精度满足工程需求.     

两栖车辆非线性横摇动力学参数辨识研究

为了估计两栖车辆非线性横摇阻尼项系数和非线性恢复项系数,进行了两栖车辆静水自由横摇衰减试验,采用差分格式分别计算横摇角速度和角加速度,最后采用最小二乘法来确定非线性阻尼项和恢复项系数.针对某两栖车辆的自由横摇衰减曲线,通过对测试曲线进行滤波和平滑,成功地辨识了非线性阻尼系数和非线性恢复力矩系数.结果表明:该方法仅根据自由横摇衰减曲线就可以辨识两栖车辆动力学参数,而且辨识精度高、计算方法简单.     

船舶非线性自由横摇运动的近似解析解

具有一定精度的近似解析解有助于方便分析船舶非线性横摇运动及其稳定性.针对以线性加立方项的阻尼力矩和回复力矩模型为基础的非线性自由横摇运动方程,运用奇异摄动理论中的多尺度法,经繁复推导给出了完整的精确至二阶的解析解,解决了消除二阶非线性项中久期项的处理问题.文中给出的解析解可以作为船舶非线性自由横摇运动的近似解析解.为此,以一船模的自由横摇为算例,计算了解析解的时间历程和平面相图,通过与Runge-Kutta法的数值解进行比对分析后表明,利用该解析解近似描述和研究船舶非线性自由横摇是可行的.     

计及形变的滚塑船艇非线性横摇运动建模

以渔家乐滚塑休闲船为研究对象,结合船艇的典型尺度、载荷、风浪、航行区域的典型海况、回复力矩和阻尼力矩的非线性特征,并考虑船艇体的弹性形变、随机风速和波浪等非线性因素,根据力矩平衡原理,建立了零航速下滚塑船艇横摇的单自由度非线性运动方程,为控制或抑制船舶的横摇奠定了基础.仿真发现,当计及船体形变时横摇频率加快,船艇发生颤抖,角速度和角加速度均增大,船艇稳性和舒适感变差,而且不规则的风和浪对船艇横摇影响更大.本文的分析和计算思路同样可以应用于其他船舶.     

船舶随浪中参数激励非线性随机横摇运动计算

研究了船舶随浪中大幅参数激励随机非线性横摇运动的计算方法,将船舶稳性高度GM作为时变的随机参数激励,建立了船舶随机随浪航行情况的参数激励横摇运动微分方程,方程中的三次阻尼项根据自由横摇船模实验数据求出.参数激励项的求解考虑了船体纵摇、升沉及波浪运动对稳性高度变化的影响.在有义波高分别为10 m和12 m的2种不同随机波作用下,考虑初始横摇角为3°以及定常风作用下发生5°永倾角,计算出随机参数激励下船舶的时域横摇运动响应.计算结果表明此方法可以用于计算随机随浪中船舶的参数激励横摇运动,同时显示了随机随浪对船舶横摇和倾覆的重要影响.     

船舶参-强横摇动力学系统的稳定性

系统地研究了船舶参-强激励动力学系统的稳定性.由于所讨论的系统模型为含有变系数的非线性微分方程模型,用构造李亚普诺夫函数的方法讨论该系统的稳定性非常困难,所以利用数值级数方法来讨论该系统的稳定性,并结合算例进行了论述.结果表明,该模型可得到横摇非线性动力学系统的近似解,并通过参数曲线得出了模型的稳定性和幅频响应特性.     

广义扰动下升力反馈减摇鳍变结构控制器的设计

升力反馈减摇鳍是一种新型的减摇鳍，系统的减摇模型具有复杂的非线性。针对具有阻尼非线性和惯性非线性特性的升力反馈减摇鳍的减摇模型，将其中的非线性特性等等效为广义扰动，设计了一种简单的滑模变结构控制器-比例切换滑模控制器，在讨论了比例切换滑模控制的存在条件和比例切换滑模控制的可达性的基础上，进行了系统仿真研究。仿真结果显示该控制器对具有非线性阻尼力矩和非线性恢复力矩的船舶横摇运动具有很好的减摇效果和良好的快速性，一般变结构控制存在的抖动现象不明显。     

多自由度波浪能装置参数激励运动研究

为了研究多自由度波浪能装置的参数激励运动及其对波能俘获能力的影响,利用势流理论建立多自由度轴对称型波浪能装置的频域和时域仿真模型,将垂向动力输出（PTO）机构安装在PTO管内,使浮体在波浪作用下沿管滑动. 纵、横摇铰接轴分别连接PTO机构,PTO阻尼力矩与纵、横摇角速度成正比. 设垂向PTO阻尼力与浮体沿管滑动速度成正比,为了评估参数激励运动,仅在时域模型中将垂向PTO阻尼力分解到垂向和水平方向时保留非线性项. 结果表明,垂向PTO阻尼力是装置产生参数激励运动的主要原因. 产生参数激励运动时,垂向PTO俘获的波浪能降低,参数激励运动的周期范围随波高、垂向PTO阻尼系数的增大而变宽. 随浪工况,垂向和纵摇PTO均连接 PTO阻尼时,若纵摇PTO阻尼力矩系数较小,则参数纵摇和参数横摇同时发生;反之,若纵摇阻尼力矩系数较大,参数纵摇受抑制,但会产生大幅值参数横摇;若要完全抑制装置的参数共振,纵摇和横摇PTO均须设置适当大小的PTO阻尼.     

船舶横撞拦阻系统后的抗倾覆性能研究

高架走锚消能式船舶拦阻系统是一种通过大距离走锚消耗船舶动能的桥梁柔性防撞设施,由于其对船舶的损伤小且工程造价较低,因而具有良好的发展前景。为了分析船舶横撞拦阻系统后的抗倾覆性能,本文依据船舶稳性的相关理论建立了系统在波浪、水流和拦阻索共同作用下的力学模型。通过数值模拟求出船舶在不同周期和方向波浪作用下的横摇角。通过算例分析得到了不同荷载条件下,拦阻索作用点最大允许高度、最大允许水流速度及波浪波幅间的关系曲线。结果表明:垂直于船舶纵向的波浪对其横摇影响最大;流速和拦阻索作用高度的最大允许值均随着波幅的增加而非线性地减小。     

斜浪群波中船舶复原力和参数横摇研究

为研究斜浪群波中船舶参数横摇及其与复原力变化的关系,基于切片理论,计算了船舶无横倾时在斜浪群波中时间序列垂荡和纵摇运动,确定出波面与船体的相对位置.利用3个坐标系之间的转换关系,求解斜浪群波中船体各横剖面左右舷与波面的交点,确定各浸水剖面瞬时湿面积.基于规则波中复原力计算公式,提出了Froude-Krylov假说下的群波中复原力计算方法.同时,利用作用在横倾船舶上的辐射力和绕射力,求出斜浪群波中船舶复原力之辐射力和绕射力部分.在复原力计算的基础上,确定一个参数横摇模型,实现斜浪群波中参数横摇计算.以一艘集装箱船为例,研究了斜浪群波中复原力变化以及参数横摇规律,结果表明斜浪群波中会发生参数横摇现象,且复原力变化幅度是影响参数横摇预报的一个重要因素.     

基坑土钉支护的突变分析

尝试着将系统科学中的突变理论引入到土钉支护的理论分析当中来,从传统的研究事物连续、光滑、不间断的变化转入到研究事物不连续变化的工作中来.研究中使用了突变理论中最常见的折叠型突变和尖点突变,分别对土钉支护体系中的土体和土钉与土体之间的粘结摩擦力进行分析,以势函数为响应变量,以基坑侧向位移为主要的控制变量,求解出了基坑发生突变时的临界位移,并通过临界位移,对开挖中的基坑进行安全性的评价.通过具体工程的分析,计算出了土钉支护体系发生突变的两种主要破坏方式的临界位移,对比两种临界位移,判断土钉支护体系的破坏形式.     

Research on traffic flow forecasting model based on cusp catastrophe theory

This paper intends to describe the relationship between traffic parameters by using cusp catastrophe theory and to deduce highway capacity and corresponding speed forecasting value through suitable transformation of catastrophe model. The five properties of a catastrophe system are outlined briefly, and then the data collected on freeways of Zhujiang River Delta, Guangdong province, China are examined to ascertain whether they exhibit qualitative properties and attributes of the catastrophe model. The forecasting value of speed and capacity for freeway segments are given based on the catastrophe model. Furthermore, speed-flow curve on freeway is drawn by plotting out congested and uncongestcd traffic flow and the capacity value for the same freeway segment is also obtained from speed-flow curve to test the feasibility of the application of cusp catastrophe theory in traffic flow analysis, The calculating results of catastrophe model coincide with those of traditional traffic flow models regressed from field observed data, which indicates that the deficiency of traditional analysis of relationship between speed, flow and occupancy in two-dimension can be compensated by analysis of the relationship among speed, flow and occupancy based on catastrophe model in three-dimension, Finally, the prospects and problems of its application in traffic flow research in China are discussed.     

水下潜器垂直运动的突变特性及稳定性分析

水下潜器在垂直面内以高速大舵角作强机动时线性理论不再成立,该文运用非线性动力学理论和突变理论,通过对水下潜器垂直面非线性方程的研究,讨论了水下潜器在垂直面内以高速大舵角作强机动时的非线性动态稳定性,建立了水下潜器垂直面运动的突变模型,并得到水平面运动的临界点集,具体描述了其突变特性,它可以帮助人们直观地了解水下潜器垂直面非线性运动的稳定性,为水下潜器控制系统的设计提供必要的理论依据．     

多机电力系统暂态稳定性的快速计算突变理论模型

根据Ｔｈｏｍ提出的突变理论,将研究等值双机系统暂态稳定用的数学模型转换成相应的突变理论模型,避开费时的非线性微分方程组的数值求解,即可快速算出在经历大干抗后的电力系统能否保持暂态稳定．该方法可提高计算速度,并能保证计算的准确性,为整个电力系统实现综合稳定控制和快速在线动态安全分析预报提供了可能性．     

突变控制及其在水下潜器中的应用

针对非线性控制系统中的突变现象,提出了突变控制法.基于突变理论的突变控制是控制理论的一个全新方向,为了在系统期望的位置,通过适当的控制建立具有理想特性的突变,应用能够保持系统原有的平衡点不变的冲失滤波器,实现有效的突变控制.给出了在水下潜器中应用的具体实例,阐述该方法的具体应用及其实现步骤.突变控制不仅可以解决喷气发动机的压缩系统的延迟、高入射飞行、电力系统电压的暂态性、磁场系统、热对流环、心节律等相关问题,并且可以作为系统临近崩溃或突变的信号,以便更好地监测和控制整个系统,应用前景十分广阔.     

Application of Catastrophe Theory in 3D Seismic Data Interpretation of Coal Mine

1 IntroductionCatastrophe theory is a new mathematics subjectdeveloped in 1970s, which is part of nonlinearscience and a branch for studying discontinuousphenomenon. Seven elementary catastrophe modelshave been developed, including fold catastrophe, cuspcatastrophe, swallowtail catastrophe, elliptic umbiliccatastrophe, hyperbolic umbilic catastrophe, butterflycatastrophe and parabolic umbilic catastrophe[1-8].Generally speaking, catastrophe theory means cuspcatastrophe model which categorizes …     

纤维模型中非线性剪切效应的模拟方法及校核

传统纤维模型忽略了非线性剪切效应,难以用于剪力墙等构件的非线性反应模拟.建议采用直接在截面层次上定义非线性剪切恢复力关系的方法.构件截面的弯曲刚度、轴向刚度通过传统纤维模型的方法积分得到,截面的剪切刚度根据所定义的截面剪切恢复力关系得出,将剪切刚度与弯曲、轴向刚度进行组合后得到组合截面的整体刚度矩阵.利用OpenSee...     

降雨裂缝渗透影响下山体边坡失稳灾变分析

运用现代非线性分析中的突变论方法，研究了在降雨裂缝渗透影响下山体边坡可能发生突发性失稳滑坡和渐进演化性失稳滑坡的机理.针对在降雨裂缝渗透影响下由于软弱夹层介质的有效刚度侵蚀损伤导致的弱化效应，给出了山体边坡失稳滑坡的尖点突变理论模型.分析表明，降雨量、裂缝等外部环境因素的变化，以及滑坡面上软弱夹层介质的弹性区段与应变弱化区段的本构曲线拐点处的有效刚度比的变化会导致边坡失稳灾变；当由于边坡自身的上述非线性因素变化造成的影响达到一定程度时，在边坡稳定性演化过程中会出现明显的突变现象，这种突变的非线性现象出现的条件分别是边坡发生灾变性滑坡的突发因素和积累演化因素的表像.研究结果有助于认识边坡突发性滑坡灾变机理和灾变累积性演化机理，并进一步预测和防治山体滑坡.