非线性随机系统稳态响应预测的新方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11672111
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The stochastic response prediction is a central issue in the nonlinear stochastic dynamics. This project is going to develop a new method to predict the stationary response of nonlinear stochastic system,mainly for a new method to solve the probability density function (PDF) of stationary response of nonlinear system under Gaussian white noise excitation, Poisson white noise excitation, or combined Gaussian and Poisson white noise excitations, respectively. As for the Gaussian white noise excited nonlinear system, an assumed solution of the reduced FPK equation is constructed first. Then, the undetermined coefficients in the assumed solution are worked out by using the method of weighted residue. Finally, a progressively iterative procedure is introduced to gradually optimize the weighting function, which will improve the accuracy of the solutions obtained with the method of weighted residue. By extending the procedure for solving the reduced FPK equation to the reduced generalized FPK equation, the stationary PDF of nonlinear system under Poisson white noise excitation can be obtained. Based on the procedures for the Gaussian white noise excited system and Poisson white noise excited system, a new method is developed to solve the stationary PDF of nonlinear system under combined Gaussian and Poisson white noise excitations. As an application, the stationary response and stochastic bifurcation due to the changes of parameters of classical nonlinear systems in science and engineering are studied and then compared with the solutions obtained from the Monte Carlo simulation, stochastic averaging method and exponential polynomial closure method. It should be noted that the investigation of the present project is full of theoretical innovation, which can effectively promote the development of the theory of nonlinear stochastic dynamics.
随机响应预测是非线性随机动力学研究的一个中心问题。本项目旨在发展一种预测非线性随机系统稳态响应的新方法,主要是高斯白噪声激励、泊松白噪声激励或高斯与泊松白噪声共同激励下非线性系统的稳态响应概率密度函数的求解新方法。针对高斯白噪声激励情形,先构造FPK方程稳态解的一种假设形式,再借助加权残值法计算出假设解中的待定系数,最后引入渐进迭代的步骤,逐步优化权函数,提高加权残值法的精度。推广稳态FPK方程的求解思路至稳态广义FPK方程,求解泊松白噪声激励情形时的稳态响应概率密度函数。以高斯白噪声激励情形和泊松白噪声激励情形为基础,发展高斯与泊松白噪声共同激励情形时的稳态响应概率密度函数的求解新方法。预测科学与工程中的经典非线性系统的稳态响应,研究参数变化诱导的随机分岔,再用蒙特卡罗模拟法、随机平均法和指数多项式闭合法进行对比验证。研究成果具有很强的理论创新性,能有力地促进非线性随机动力学理论的发展。

结项摘要

提出一种稳态 FPK 方程的求解新思路,发展随机激励下非线性系统的稳态响应概率密度函数的求解新方法。具体工作如下:针对单自由度情形,将对应的稳态FPK方程的概率流设为概率势流、概率环流以及关于系统状态变量多项式三者之间的线性组合,采用加权残值法确定其中的待定系数,最后通过迭代的方式提高解的精度;应用迭代加权残值法分别研究了强非线性范德坡系统、干摩擦系统、水平地震激励下经典Bouc-Wen滞迟系统和广义Bouc-Wen滞迟系统、基于瞬时冲击碰撞模型的单边(双边)碰撞振动系统、基于Hertz模型的双边碰撞振动系统、非高斯噪声激励下拉索的面内非线性随机振动系统的稳态响应概率密度函数近似闭合解,得到的近似闭合解具有较高的精度,可作为一个基准解,检验其他非线性随机振动方法的精度;在单自由度情形的基础上,考察了多自由度非线性系统,对应稳态FPK解的是试函数形式与单自由度情形一致,然后基于数据科学理论的最小二乘法来确定试函数中的未知系数;算例研究表明可高效地获得具有高精度的近似闭合解,甚至精确解。 另外,结合随机振动的其他一些方法,考察了一些无法直接FPK方程法求解的复杂非线性随机动力学系统,包括含时滞PD控制的强非线性系统与自复位结构系统,理论解析解也具有较高的精度。发表(或录用)学术论文22篇。完成既定的研究任务。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(5)
基于Hertz接触的单自由度碰振系统的随机响应近似闭合解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    祝海生;陈林聪;孙建桥;赵珧冰
  • 通讯作者:
    赵珧冰
Nonlinear vibration behaviors of suspended cables under two-frequency excitation with temperature effects
温度效应下双频激励下悬索非线性振动行为
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2017.11.035
  • 发表时间:
    2018-03
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhao Yaobing;Huang Chaohui;Chen Lincong;Peng Jian
  • 通讯作者:
    Peng Jian
随机地震激励作用下自复位结构的平稳响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡慧瑛;陈林聪
  • 通讯作者:
    陈林聪
考虑温度效应的索梁面内动力学建模及特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    力学季刊
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵珧冰;黄超辉;林恒辉;陈林聪
  • 通讯作者:
    陈林聪
Stationary Response Probability Distribution of SDOF Nonlinear Stochastic Systems
单自由度非线性随机系统的平稳响应概率分布
  • DOI:
    10.1115/1.4036307
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    Journal of Applied Mechanics-Transactions of the ASME
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Chen Lincong;Liu Jun;Sun Jian-Qiao
  • 通讯作者:
    Sun Jian-Qiao

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其他文献

BFRP管混凝土柱抗震性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李红健;陈林聪;宁西占
  • 通讯作者:
    宁西占
A bounded optimal control for maximizing the reliability of randomly excited nonlinear oscillators with fractional derivative damping
最大化具有分数阶导数阻尼的随机激励非线性振荡器的可靠性的有界最优控制
  • DOI:
    10.1007/s00707-012-0722-0
  • 发表时间:
    2012-10
  • 期刊:
    Acta Mechanica
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    陈林聪;楼群;李钟慎;朱位秋
  • 通讯作者:
    朱位秋
宽带噪声激励下含分数阶导数的Duffing-vandelPol振子的稳态响应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈林聪;李海锋;李钟慎;WEI QIU ZHU
  • 通讯作者:
    WEI QIU ZHU
Stochastic stability of harmonically and randomly excited Duffing oscillator with damping modeled by a fractional derivative.
谐波和随机激发的杜芬振荡器的随机稳定性,其阻尼由分数阶导数建模。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Science China Physics,Mechanics & Astonomy
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈林聪;楼群;李钟慎;朱位秋
  • 通讯作者:
    朱位秋
GIS设备局部过热故障程度与SF_6分解的关联特性
  • DOI:
    10.13296/j.1001-1609.hva.2018.11.015
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    高压电器
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈晓琳;赵天成;陈林聪;姚强;苗玉龙;曹政钦
  • 通讯作者:
    曹政钦

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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