介质阻挡放电中螺旋波斑图的臂数变化

本工作利用介质阻挡放电装置,观察到单臂螺旋波、多臂螺旋波与靶波,发现在参数不变的情况下,不同臂数的螺旋波斑图可以相互转化.利用唯象模型模拟了不同臂数螺旋波的演变过程,结果显示:拓扑缺陷(断层)向螺旋波中心移动时,会引起螺旋波臂数的改变,若断层与螺旋波拓扑荷同号,螺旋波臂数增加,若断层与螺旋波拓扑荷反号,螺旋波臂数将减少.     

基于格子Boltzmann方法研究扩散作用对螺旋波的影响

基于格子玻尔兹曼方法的D2Q9模型,研究激发系统中扩散作用对螺旋波演化行为的影响.数值计算结果显示：保持系统其它参数不变,改变快变量的扩散系数Dy,系统中的螺旋波由圆形向方形转变且波臂变粗,系统能量随Dy的增大而逐渐减少,但总量仍然足以维持系统螺旋波稳定;保持系统其它参数不变,改变慢变量的扩散系数Dx,系统中可以演化出稳定螺旋波、小螺旋波和混沌态3种斑图,系统能量随Dx的增大急剧减少;当Dx＝0.24时,可观察到系统中长臂螺旋波排斥短臂螺旋波现象,Dx增大到一定值时,系统将由激发系统向振荡系统转变.     

反应扩散系统中短波不稳定性下的时空斑图

利用扩展的三变量布鲁塞尔模型,得到了新的时空斑图,其中包括振荡四边形斑图、调制条纹斑图以及螺旋波斑图.通过对模型进行线性稳定性分析,发现这些时空斑图是由于短波不稳定性所引起的.另外,还研究了系统大小对时空斑图的影响.     

三维反应扩散系统中的螺旋波和失稳控制

三维螺旋波(卷轴波)的运动和失稳的研究在心颤等高发心脏病中扮演重要角色,对三维螺旋波的运动和失稳过程以及控制的研究对于心颤等心脏病的防治具有指导意义.本文主要对我们过去几年在梯度系统中螺旋波的研究结果做一个总结.我们以反应扩散系统为研究对象,对于具有参数梯度的螺旋波的失稳过程和控制进行了探讨.在实验和数值模拟研究中,我们发现在三维梯度系统中,梯度大小的改变可以促使三维螺旋波发展产生线缺陷或者引起二维螺旋波运动的相位差的积累而产生漫游,两者都可使螺旋波的运动失去稳定性.对于螺旋波失稳的控制,我们研究了外力周期驱动和噪声对螺旋波失稳的影响,对控制的机制进行了分析.     

可激发系统及其对应时空斑图综述

可激发介质的时空动力学研究一直是非线性研究领域的热点.由于其在很多实际系统中广泛存在,相关的研究结果有着重要的应用价值.当外界刺激或扰动低于激发阈值时,可激发系统会很快回到稳定态;当外界刺激超过阈值时,系统将远离定态,做弛豫振荡.在可激发系统的研究中,大部分集中在可激发系统产生的螺旋波斑图方面.螺旋波斑图是一种普遍存在于自然界中的时空斑图,物理、化学、生物体系中都存在这种动力学形式(大都是可激发系统).在实际系统中螺旋波的产生和破碎大都是有害的.比如,螺旋波是产生心动过速的主要原因,螺旋波的破碎对应着心颤(房颤、室颤)等严重的生理疾病.开展对螺旋波的动力学特征、产生和控制的方法研究非常有意义.本文对以上几个问题进行总结归纳,希望对研究者有所帮助.     

介质阻挡放电中螺旋波斑图局域波长特性研究

采用双水电极介质阻挡放电装置,在大气压氩气放电中得到螺旋波斑图,并对其局域波长特性进行了研究.实验发现,螺旋波波长具有保持不变的特性.由于多普勒效应,螺旋波局域波长将随平均波长而发生变化.当其改变超出某一临界值时,螺旋波斑图的局域条纹则会产生断层,使其重新恢复到螺旋波平均波长附近.为进一步证实此特性,实验给出了螺旋波局域波长的相对变化量随平均波长变化的关系曲线.     

Selkov反应扩散系统激发性的晶格玻耳兹曼方法模拟

用晶格玻耳兹曼方法数值模拟Selkov反应扩散系统的定态解,对系统从偏离平衡的状态回到平衡态所经历的路径进行分析,得到激发性存在的结论;模拟简单螺旋波的产生过程,给出简单螺旋波的波头轨迹。     

位置扰动对激发介质中螺旋波动力学行为的影响

本文在Greenberg-Hastings激发介质元胞自动机模型规则网格基础上施加位置扰动,以此模拟激发介质中激发元之间相互作用距离的改变。计算机数值模拟结果表明:对于在规则网格下产生的稳定螺旋波,施加位置扰动后发现,螺旋波斑图的稳定性与元胞位置扰动的幅度有关,不同幅度的元胞位置扰动导致稳定螺旋波发生两种不同的变化:漫游后形成新的稳定螺旋波;漫游后从系统中消失。通过波头运动轨迹和系统激发比率的变化来简要分析产生这些现象的原因。     

柔性空间机械臂区间参数不确定性分析

研究了柔性空间机械臂动力学分析中由于区间参数的存在而引起的动力学响应不确定性问题.采用能够描述大位移、大变形耦合特性的绝对节点坐标方法来建模柔性机械臂臂杆,建立了含区间参数的多体系统动力学方程,为指标-3的微分代数方程.运用基于Chebyshev多项式的Chebyshev区间扩张函数,将含区间参数的微分代数方程转化为Chebyshev多项式插值点处的确定参数的动力学方程,研究得到了一维区间参数和多维区间参数影响下机械臂系统的动力学响应区间边界,形成了预测机械臂末端轨迹区间的新方法.通过与Taylor方法的对比研究,结果表明,该方法能够有效减少系统仿真工作量,减小动力学响应预测值误差,快速稳定地得到机械臂系统动力学响应区间.      

耦合反应扩散体系中的超点阵斑图

采用双层耦合的布鲁塞尔(Brusselator)模型研究了超点阵斑图的形成机制.理论分析和数值模拟结果表明,只有在具有较短波长图灵模的系统中才能产生超点阵斑图.将不同类型的斑图进行耦合,得到了超六边形斑图和黑眼斑图等超点阵斑图.本工作还在反应扩散系统中首次得到了长方形斑图.     

心肌组织螺旋波和回卷波的数值分析

利用数值方法，研究激发介质的波形结构，通过计算得到平面螺旋波及其破碎图形，空间回卷波及其扭曲图形，根据波形图案解释了BZ化学反应和阿米巴细菌聚集的实验现象，描述了心肌激发介质内部的波形构造。     

Channel noise-induced phase transition of spiral wave in networks of Hodgkin-Huxley neurons

The phase transition of spiral waves in networks of Hodgkin-Huxley neurons induced by channel noise is investigated in detail.All neurons in the networks are coupled with small-world connections,and the results are compared with the case for regular networks,in which all neurons are completely coupled with nearest-neighbor connections.A statistical variable is defined to study the collective behavior and phase transition of the spiral wave due to the channel noise and topology of the network.The effect of small-world connection networks is described by local regular networks and long-range connection with certain probability p.The numerical results confirm that (1) a stable rotating spiral wave can be developed and maintain robust with low p,where the breakup of the spiral wave and turbulence result from increasing the probability p to a certain threshold;(2) appropriate intensity of the optimized channel noise can develop a spiral wave among turbulent states in small-world connection networks of H-H neurons;and (3) regular connection networks are more robust to channel noise than small-world connection networks.A spiral wave in a small-world network encounters instability more easily as the membrane temperature is increased to a certain high threshold.     

An autoregulatory circuit for long-range self-organization in Dictyostelium cell populations

Nutrient-deprived Dictyostelium amoebae aggregate to form a multicellular structure by chemotaxis, moving towards propagating waves of cyclic AMP that are relayed from cell to cell. Organizing centres are not formed by founder cells, but are dynamic entities consisting of cores of outwardly rotating spiral waves that self-organize in a homogeneous cell population. Spiral waves are ubiquitously observed in chemical reactions as well as in biological systems. Although feedback control of spiral waves in spatially extended chemical reactions has been demonstrated in recent years, the mechanism by which control is achieved in living systems is unknown. Here we show that mutants of the cyclic AMP/protein kinase A pathway show periodic signalling, but fail to organize coherent long-range wave territories, owing to the appearance of numerous spiral cores. A theoretical model suggests that autoregulation of cell excitability mediated by protein kinase A acts to optimize the number of signalling centres.     

Detecting the breakup of spiral waves in small-world networks of neurons due to channel block

The breakup of a spiral wave by blockade of sodium and potassium channels in a small-world network of Hodgkin-Huxley neurons is investigated in detail.The influence of ion channel block in poisoned excitable membrane patches of a certain size is measured,by varying channel noise and channel densities resulting from the change in conductance,For example,tetraethylammonium is known to cause a block(poisoning) of potassium channels,while tetrodotoxin blocks sodium channels.We observed the occurrence of spiral waves,which are ordered waves believed to play an important role in facilitating the propagation of electric signals across quiescent regions of the brain.In this paper,the effect of channel block was measured by the factors xK and xNa,which represent the ratios of unblocked,or active,ion channels,to the overall number of potassium or sodium ion channels,respectively.To quantify these observations,we use a simple but robust synchronization measure,which succinctly captures the transition from spiral waves to other collective states,such as broken segments resulting from the breakup of the spiral wave.The critical thresholds of channel block can be inferred from the abrupt changes occurring in plots of the synchronization measure against different values of xK and xNa.Notably,small synchronization factors can be tightly associated with states where the formation of spiral waves is robust to mild channel block.     

间歇线性反馈抑制螺旋波和时空混沌

采用间歇线性反馈的方法研究了一类激发介质中螺旋波和时空混沌的抑制问题．采用系统的采样变量与Logistic混沌信号来驱动系统．数值计算表明：选择恰当的采样周期，在非常小的反馈增益和无噪声下，大约50～80个时间单位后就可以消除Fitzhugh-Nagumo和Panfilov模型所对应的稳定旋转的螺旋波和时空混沌，系统达到稳定均匀态（0，0）．在时空噪声下，稳定旋转的螺旋波变得膨胀稀疏，可观测到螺旋波破裂和新的斑图．     

缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响

在改进F itzHugh-N agum o模型基础上得到缺陷对周期螺旋波动力学行为影响的研究模型,对缺陷影响周期螺旋波动力学的模型进行数值模拟,研究缺陷影响后周期螺旋波的演化。结果发现,当缺陷的中心位置不动且离波头中心足够远时,半径比较小的缺陷对波头没有影响;随着缺陷半径的增大,波头会小幅度地远离原位置;如果缺陷半径继续增大,则会出现波头大幅度地远离原位置及波头消失的现象;缺陷影响前后螺旋波波头的周期不变。     

二元置换固溶体点阵驻波的研究

将点阵浓度驻波与点阵位移驻波概念统一处理后提出了点阵驻波概念，利用点阵驻模型计算了二元置换固溶体产生的漫散射振幅与原子分布所形成的点阵波振幅的定量关系。结果表明：在倒易空间中任意一点的漫散射振幅正比于该点所代表的点阵驻波（包括点阵浓度驻波与点阵位移驻波与点阵位移驻波）的振幅，利用点阵波概念首次解释了实验发现的有序化与调幅分解共存的现象，而这两类反应长期以来被经典固溶体理论认为是互不相容或不可共存的     

超大浮体的多段梁模型特性分析

为分析超大型浮体的水弹性响应特性,以某超大型浮体为研究对象,通过建立多段梁模型,并利用ANYSY软件进行结构干模态分析,利用流体分析软件求解得到结构的水动力系数,最后通过水弹性计算程序对超大型浮体在不同浪向、不同波长波浪作用下的水弹性响应进行了研究。同时,为分析超大型浮体连接件刚度的影响,对不同连接件刚度下的水弹性响应进行了对比分析。计算结果表明,长波作用下浮体的刚体作用占主导,而在短波作用下弹性变形占主导;浮体对波浪的浪向较为敏感,但弹性变形的最大值一般出现在波长接近于浮体在波浪入射角方向上投影的长度时,浮体的水弹性响应对连接件的刚度较为敏感。     

一个非线性波动方程的显式精确解

借助于齐次平衡法给出了一个描述长波短波相互作用的非线性波动方程的一些显式精确行波解．