气动弹性系统本征正交分解降阶模型精度的参数影响研究

为了快速分析跨音速非线性气弹系统的颤振边界和响应特性,通过本征正交分解(POD)降阶方法建立了基于CFD的气动弹性降阶模型(ROM)。实现过程包括对非线性定常CFD流场的小扰动泰勒分解,建立基于CFD的全阶线性化模型;再通过POD方法得到流体ROM;耦合结构动力学方程构成基于CFD的气弹ROM。以国际气弹标模AGARD 445.6机翼为研究对象,系统研究了ROM建立过程中初始流场、响应时间步长和样本数据等重要参数对于模型精度的影响,并将ROM应用于颤振边界的预测。研究表明:作为线性化方程建立的定常流场,若收敛性不够,易导致线性化模型不稳定甚至发散;响应计算中,时间步长若选取过大将会导致数值振荡、发散;为捕捉更多的非线性流场特性,系统激励后POD样本的产生需保证足够的数据采集时间;所建立的ROM具有同原始非线性CFD/CSD系统同样的精度,是一个低维度状态空间数学模型,可直接用于系统特性分析和颤振抑制等设计。相比CFD/CSD耦合计算,ROM在计算效率上提高了3~6个量级。     

基于阶次跟踪和经验模式分解的齿轮故障诊断

提出了一种研究旋转机械瞬态信号的分析方法.对齿轮箱加速时测得的原始振动信号进行角域重采样,并对角域里的信号进行经验模式分解(EMD)得到多个固有模式函数(IMF),最后对包含齿轮故障信息的IMF分量进行阶次谱分析.结果表明,阶次跟踪技术能够有效地避免传统频谱方法所无法解决的频率模糊现象,EMD方法能够提取包含故障信息的IMF分量,将两种方法相结合是对传统的频谱分析法的有力补充,具有很广阔的应用前景.     

正交化经验模式分解方法

针对Hilbert—Huang变换中经验模式分解所得固有模式函数存在的不完全正交问题，基于Gram-Schmidt正交化方法，提出了一种新的正交化处理方法，可得到完全正交的固有模式函数，从而完善了Hilbert—Huang变换方法．通过典型时程曲线的数值模拟的分解结果表明了这一方法的正确性，实际地震波数据的分解显示了这一方法的良好应用前景．     

构造矩阵有理插值函数降阶的方法

由于用Thiele型构造的二元矩阵有理插值函数是(mn+m+n,2[(mn+m+n)/2])型的有理函数,其次数比较大。文章构造一种可以降低其次数的函数——Lagrange型插值函数,其分母的次数可以根据需要确定;讨论了极点和不可达点的相关问题;在一定的条件下还可以降低其分子的次数,计算简单,便于实际应用。     

计算溃坝波问题的离散速度模型

采用离散速度模型计算二维溃坝波问题. 按照浅水波方 程与气体动力学方程的比拟关系, 给出用于计算浅水波方程的离散速度方法. 计算了两个二维溃坝波问题： 圆形溃坝波问题和部分水坝倒塌后的水流问题. 计算结果显示, 此模型计算程序比较简单、 有效, 且稳定.     

基于经验模式分解的齿轮箱振动辨识

论述了一种新的针对非线性非平稳信号的经验模式分解（EMD）方法，使用EMD方法对齿轮箱振动信号进行了辨识，并且与离散小波分解方法进行了对比，结果表明，通过EMD分解获得的齿轮箱振动内在模式分量（IMFs）能很好地辨识出齿轮的啮合振动模式，且比离散小波方法的分解效率更高；EMD分解的第3个IMF－IMF3清晰地表示出齿轮箱的第一级齿轮的216Hz的啮合振动模式。     

支持系统级仿真与优化的流场模型降阶技术

为降低仿真对计算机软硬件系统的要求并提高计算速度,设计了基于降阶模型的系统级仿真与优化流程,并将本征正交分解(POD)方法应用到流固耦合仿真的流场降阶建模过程中,提高了仿真数据的重用度。在理论研究的基础上,对一个在空气中振动的微梁进行分析,并构建其降阶模型。结果表明:基于POD的降阶建模方法在保证计算精度的前提下,能有效减少流场自由度,加快流固耦合仿真的速度。该方法可用于加速产品系统级仿真和优化过程。     

基于BPOD的气动弹性降阶及其在主动控制中的应用

流体动力系统是一个高阶的非线性复杂系统,这严重限制了优化和控制在该系统中的应用。模型降阶技术是解决这一问题的有效工具。将特征正交分解方法（Proper Orthogonal Decomposition,POD）和平衡截断方法结合起来,形成平衡特征正交分解方法（Balanced Proper Orthogonal Decomposition,BPOD）,并应用到气动伺服弹性模型降阶中。该方法将由POD快照得到系统可控和可观Gramian矩阵的近似表达,通过该近似得到平衡降阶模型。以一个二维翼段的气动弹性系统为例,首先将流体控制方程线化;然后利用BPOD方法得到非定常气动力的降阶模型以及降阶的气动弹性系统;最后,对降阶系统设计主动控制律,通过控制面偏转来抑制翼型颤振。数值仿真结果表明BPOD降阶模型可以精确地模拟高阶非线性的流体动力系统并且可以有效地应用于气动弹性主动控制中。     

离散广义系统的H_2模型降阶

研究离散广义系统尤其是快子系统的模型降阶问题·首先对原系统进行系统变换,将降阶问题归结于只对快子系统进行化简,从而达到真正的广义系统的模型降阶,即保留系统原有的非因果性·然后研究了广义系统的Y可控性和Y可观性及其等价条件·通过对系统的H2范数进行优化,提出了一种降阶准则,且按照此准则,对满足一定条件的离散广义系统给出了一种新的降阶算法·数值仿真证明了该算法的有效性·     

系统模型降阶平衡法的改进

在Ｍｏｏｒｅ 平衡法［１,２］ 和Ｓｃｈｕｒ［３］ 平衡法的基础上,针对Ｍｏｏｒｅ 平衡法在系统的可控性可观性阵非正定无法实施平衡变换,进而不能进行平衡降阶的问题,利用ＬＵ 分解对Ｍｏｏｒｅ 平衡法做了改进,使之能进行平衡降阶．     

基于本征正交分解方法的多段翼型流动分析

对多段翼型流动结构的深入刻画和理解对于多段翼型的外形设计来说十分重要.在数值模拟的基础上,运用本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）方法对多段翼型的数值结果进行重构和分析,对迎角变化情况下流动中的主要模态进行提取,并得到权函数随迎角变化的规律.针对嵌套网格的数值模拟流场的特点,通过对参与快照技术处理的数据进行筛选和还原,来避免无效数值对分析结果的影响.研究发现,流动中脉动流场所占的总能量比例相对较小,其整体POD能量谱收敛呈先快后慢的格局,大尺度的流动结构与流场中绝大部分的能量分布直接相关,且都包含在低阶模态中,而高阶模态则代表了复杂的脉动结构.     

利用本征正交分解的非线性Galerkin降维方法

提出了一种利用本征正交分解(POD)的非线性Galerkin方法,用于复杂流体动力系统的低维建模.该方法将满足流场边界条件的正交基(POD模态)张成的完备空间分解为有限维(低阶模态)子空间和无限维(高阶模态)子空间,并采用近似惯性流形逼近高阶模态和低阶模态的作用关系,用低阶分量来表示高阶分量,将无穷维流体动力系统降维成有限维动力系统.以雷诺数为200、攻角为20°时的NACA0012翼型绕流流动问题为例进行了低维建模分析,结果表明:由于考虑了高阶模态的影响,且不改变原系统的拓扑结构,因此该降维方法能够用较少的模态数来获得准确的动力学描述,弥补了传统POD降维方法由于忽略高阶模态影响而出现的不足,由此验证了该方法的有效性.     

基于本征正交分解加速的二维位势问题边界元法分析

基于本征正交分解(POD)的思想,采用奇异值分解法(SVD),将物理问题的求解空间分解为几何子空间和设计子空间,通过线性组合几何与设计子空间获得随机变量响应结果.与传统加速算法不同,采用径向基函数(RBF)近似设计子空间响应,实现了系统信息的压缩表达,有效降低了计算成本.采用边界元法(BEM)求解二维位势问题,并结合S...     

本征正交分解法在曲面模型风场重构中的应用

大跨空间结构模型（在风洞试验中）能同步测量的测点常相对有限，需采用有效风场重构技术通过有限点同步测量结果得到全表面风压分布的动态信息．介绍了本征正交分解法在这一问题中的应用，并对基于球面及柱面壳体模型风洞试验得到的风压数据进行了比较验证．结果表明，该方法对曲面模型具有很强的适用性，能够有效地整体把握这类模型表面风压分布规律，可为大跨空间结构抗风时程分析中风荷载分析提供很好的帮助．     

经验模态分解的一种改进算法

针对信号采样频率过低对经验模态分解造成的虚假模态等问题,提出了一种改进的算法,即在进行分解前,对原始信号进行重构,其实质是通过内插的方式来增加采样点数,从而达到增加采样频率的目的.对模拟信号的处理结果表明,该算法消除了分解过程中包络曲线的异常波动,从而抑制了分解结果中多余模态的出现,使得对模态的物理解释更加清晰.在机械信号处理中,应用该算法成功地提取出机械信号中具有明确物理意义的故障模态,从而增加了机械故障诊断的能力.     

基于高斯过程的改进经验模态分解及应用

传统Hilbert-Huang变换(HHT)的经验模态分解算法是基于3次样条插值的包络线计算方法,存在过冲及边界效应等缺点.针对传统经验模态分解算法求解包络线存在的问题,提出了基于高斯过程回归的改进包络线插值方法.并且讨论了如何优化高斯过程参数,提高了泛化能力及包络线的插值精度,较好地改进了HHT的虚假频率和端点效应问...     

广义粘性非粘性耦合方程的一种区域分解法

考虑粘性和非粘性Ｓｔｏｋｅｓ方程的一种耦合方式，给出正确的交面转换条件．并引进一种区域迭代方法，证明其收敛性．     

基于MPI的二维经验模分解并行算法

针对二维经验模分解(BEMD)处理大尺寸图像耗时较长的问题,提出了一种基于MPI技术的BEMD并行算法.对BEMD串行程序中极值点选取、平面三角剖分、三角域内数值插值等几个主要部分的运行时间进行了统计,结果表明三角域内数值插值是耗时的主要部分,也是并行化的重点处理部分;随后在高性能计算平台上构建并行环境,基于MPI技术对BEMD算法的包络面生成部分实现了并行化,具体方法是先将剖分后的三角形序列按照进程数均匀划分,使整个图像分割为若干子区域并分配给相应进程,然后各进程拟合出对应子区域的上下Bezier曲面并由0进程进行合并,进而生成上下包络面;最后通过加速比等指标对该算法进行测评.结果表明,算法在30核并行执行时加速比可达20.1396,利用率为64.97%,运行效率的提升较为明显.在数据量达到原始数据的25倍时可扩展性指标为1.3975,表明该算法对大数据量的任务有很好的适应性.      

辽宁省人均能源足迹分解模型及实证分析

运用生态足迹模型计算得到了辽宁省1999～2008年间人均能源足迹由1.753 hm2增大到3.107 hm2,同期内人均生态足迹由2.847 hm2增大到4.729 hm2.约60%以上的生态影响是由能源消费造成的,并且能源消费造成的生态压力逐步增大.建立并运用人均能源足迹分解模型对辽宁省能源足迹计算结果进行了实证分...