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基于无穷维Arnold随机动力系统理论的多连接梁动力学行为全局分析

批准号:
12072178
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
陈华涛
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈华涛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
渐近行为与全局动特性是动力学行为全局分析的重要研究内容,前者侧重于定性分析,后者侧重于定量研究。本课题以多连接梁随机振动为研究背景,主要研究受到横向/纵向白噪声激励,横向白噪声激励和纵向周期激励的多连接梁的渐近行为与全局动特性。通过数学建模得到系统由多个偏微分方程和连接条件描述的动力学方程,通过算子半群验证其可以生成随机流,从而可将其纳入无穷维Arnold随机动力系统研究范畴。利用全局随机吸引子理论与镇定性估计分析系统的渐近行为,主要包括:系统全局随机吸引子的存在性,吸引子半径的期望估计与Hausdorff维数估计。由Galerkin型方法得到系统的运动方程,通过Hausdorff维数估计刻画全局Lyapunov指数,结合随机细分算法和全局随机吸引子组成部分与随机不变测度的支撑关系研究系统全局随机稳定性与全局D分岔等动特性。最后,基于以上结果分析“随机跳变”等工程实际现象产生的机理。
英文摘要
This proposal plans to consider asymptotical behavior and global dynamics of the following three systems, the multi-link beam driven by additive or multiplicative white noises, the multi-link beam driven by additive and longitudinal periodic excitation. The govern equations which are described by partial differential equations for the systems mentioned above can be got by the mathematical modeling, furthermore, by applying the semigroup theory, it can be proved that the systems can generate random dynamical systems established by Arnold. Invoking global random attractors theory and estimation of stabilization for the systems to handle the investigation on asymptotical behavior of the systems which include the existence of global random attractors, the estimation of expectation for the radius of the global random attractors and the Hausdorff dimension estimation. In light of the Galerkin methods, the equations of motion for the systems can be got, by global Lyapunov exponent which can be described by Hausdorff dimension estimation, together with random subdivisionalgorithm and the relationship between global random attractors and random invariant measure, the global dynamics include global stability and D Bifurcations can be analyzed. Finally, the mechanism of some engineering phenomenon include random snap-through can be obtained by the theoretical results.
本项目基于Arnold随机动力系统理论研究工程中的随机振动问题,旨在推动Arnold随机动力系统理论的完善与工程应用。在本项目的支持下,基本完成了既定研究目标,同时开展了一些与本项目相关的其他研究。主要工作如下:(1)基于Arnold随机动力系统理论,从无穷维的角度分析了Euler-Bernoulli梁与连接梁结构的在各种形式的(轴向\横向等)白噪声载荷下振动的全局稳定性问题。在证明系统全局随机吸引子(Crauel定义)存在的前提下,通过估计全局吸引子的的Hausdorff维数的解析估计,用维数为0和全局随机吸引子连通性这个事实,证明最大全局Lyapunov指数为负,从而得到系统的全局稳定性。(2.)基于无穷维算子谱论,利用COMSOL数值计算系统的全局基函数(即全局模态函数),利用NLG方法得到由OAE描述的低维运动方程和SGM得到由ODE描述高维运动方程,通过数值计算分析系统的D分岔等复杂动力学现象。(3.)为了研究确定性时变激励和随机激励联合作用下的Euler-Bernoulli梁与连接梁结构振动问题,提出了一种实用型非自治随机动力系统的定义,此定义兼具非自治与随机的良好优点,与Crauel等人在《random attractors》论文中的给出的SDS高度切合,在此基础之上,根据随机不动点与非自治随机平衡解的定义利用pullback方法定义了非自治随机平衡解的概念。(4)关注高斯噪声和非高斯噪声载荷下的一类随机系统,通过Arnold摄动法计算系统的全局Lyapunov指数分析了系统的稳定性问题。(5)课题组发现Arnold随机动力系统理论与强化学习中的MDP高度契合,基于此猜测,利用强化学习融合随机动力系统中的思想,分析了飞航式导弹的实时智能机动突防问题。为后续随机动力系统融合强化这种基于知识和数据相结合的研究打下了坚实的基础。
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