广义非线性亚临界对称稳定性(英)

从含摩擦耗散的f平面上Boussinesq近似下的非线性方程组出发,提出了一种新的广义能量作为Lyapunov函数,取消平均量是(x,z)的双线性函数的限制,并取平均量是(x,z)的任意函数,由此导出了一种新的广义非线性对称稳定性判据。此稳定性判据表明:不仅耗散系数必须大于某一临界值,而且同时初始扰动振幅也必须小于另一临界值。由此可见,后一条件对前一条件附加了一个很强的约束,当初始扰动振幅大于某一临界值时,容易出现非线性亚临界对称不稳定,它大大改进了以前同类工作的结果。

广义非线性亚临界湿对称不稳定

从含摩擦耗散与凝结潜热的f平面Boussinesq近似下的非线性扰动方程组出发,得到了湿空气中的广义能量方程,推导出非线性亚临界湿对称不稳定的必要条件,并将不稳定判据与干空气情况相比较,首先解析地分析得到凝结加热反馈机制对亚临界对称不稳定的影响。其次针对中尺度大气层结不稳定和稳定的情况,分别计算出初始扰动振幅的临界值,结果表明,相对干空气而言,饱和湿空气情况下,当中尺度大气层结不稳定时,亚临界对称不稳定更容易发生,即使中尺度大气层结稳定,亚临界对称不稳定也容易发生。这一结果改进了干空气下的非线性亚临界对称不稳定理论。

一次梅雨期苏北大暴雨的时空结构及其非线性亚临界对称不稳定

利用WRF V2.2模式对2006年6月30日00时—7月1日12时（世界时）江苏宝应地区的大暴雨过程进行数值模拟,并利用从模拟结果提取出的环境风场和中尺度扰动风场对此次大暴雨过程的时空结构,尤其是风场的垂直切变和非线性亚临界对称稳定性进行分析,结果表明：整层大气平均风垂直切变矢量转为西南偏西风后其南风分量随时间增大到最大值,对暴雨的发生有提前5-4 h的指示意义,相应时刻绝对水平螺旋度亦达到极值;暴雨发生前3 h首次出现强烈的整层垂直上升气流,预示大暴雨发生;在暴雨发生前9 h,高层200 hPa涡度、散度两波呈π/2位相差,对应强烈地转不平衡重力波,随时间向下传播,至暴雨发生前3 h下传到800 hPa;中尺度扰动风场的加强与降水的加强关系密切,在暴雨发生前3 h,出现中尺度非线性亚临界对称不稳定,激发暴雨发生,并对大暴雨的发生有重要的指示意义。

加肋轴对称旋转壳非线性稳定性分析

应用Total Lagrange描述、弹塑性本构关系及非线性壳体理论,建立加肋轴对称旋转壳的非线性稳定性分析的控制方程。将所求得的控制方程应用于截锥壳单元,推导出截锥壳单元的非线性稳定性分析的有限元列式,用截锥壳单元离散和逼近加肋轴对称旋转壳,构成有限元分析模型,从而建立了分析加肋轴对称旋转壳稳定性分析的有限元模型。应用所获得的有限元列式,由平衡路径追踪,求出结构的弹性极值点载荷和弹塑性极值点载荷,将所求得的极值点载荷适当地划分成多个载荷步,求出相应的位移增量,在每一个增量步作特征值分析,由特征值分析求出非线性失稳临界载荷。文中分别将本方法与材料的弹性本构关系和弹塑性本构关系相结合,采用Crisfield圆弧加载法对某精车模型进行平衡路径追踪,得出了该模型的弹性极值点载荷、弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷。所求得的弹塑性极值点载荷和弹塑性失稳临界载荷与模型实验测试值均吻合较好,其中弹塑性失稳临界载荷值与实验值更为接近。从而证明:本文方法可直接求出加肋轴对称旋转壳的弹塑性失稳临界载荷,而勿须使用Cg、Cs系数进行修正。

“1998年二度梅”暴雨与非线性亚临界对称不稳定的初步研究

对1998年7月20日00时—8月1日12时这段梅雨暴雨过程进行诊断分析,并利用MM5V3中尺度模式作梅雨暴雨的数值试验,结果表明:(1)本次梅雨暴雨分为3大段过程,非线性亚临界对称不稳定可能是3段梅雨暴雨形成的重要机制;(2)扰动风场增长与降水增长关系密切,扰动风场的增长会超前于降水的增长,非线性亚临界对称不稳定的增强可能使降水增强;(3)非线性亚临界对称不稳定主要发生在高层200hPa,中层500hPa也有发生。非线性亚临界对称不稳定使线性对称稳定的大气变为不稳定。降水区和暴雨中心主要位于高层200hPa和中层500hPa扰动风场极大值南侧与低层850hPa扰动风场极大值北侧之间。(4)非线性亚临界对称不稳定扰动的e折时间和空间尺度,分别为5～8h和200～300km。

纬向对称的连续层结准地转流的非线性稳定性

利用动量守恒律及精细的先验估计改进了Poincare不等式,从而改进了周期带域上的纬向对称连续层结准地转流对应于Arnold第二定理的非线性稳定性定理。作为其应用,得到改进了的广义Eady模型的非线性稳定性判据。

一次暴雨过程中非线性亚临界对称不稳定的机制分析

对2005年7月5日20时—12日08时淮河流域、安徽中北部的降水过程诊断分析,并利用WRF模式对7月6日08时—7日20时安徽中部的暴雨过程进行数值模拟,结果表明:(1)2005年7月5日20时—12日08时降水过程可分为2大段,非线性亚临界对称不稳定可能是该时段强降水形成的重要机制;(2)u和v两分量扰动增强均超前于暴雨的增强,并对强暴雨的发生有指示作用;非地转作用达最强和冷暖空气达最强分别对强暴雨发生也有12或24 h的指示作用;(3)得到降水强度、高低空急流及其扰动风场这5者极大值的时空配置;(4)得到暴雨前期,高低层涡度场和散度场的时空配置特征。由以上4点及垂直上升气流的变化提出非线性亚临界对称不稳定激发强暴雨形成的新的物理机制。

非线性正压亚临界不稳定

文中提出了一个新的广义能量作为 L yapunov函数 ,导出了包含两个联立不等式的一种新的非线性正压稳定性判据。并指出其中一个不等式是初始扰动振幅小于某一临界值 ,另一个则是摩擦系数大于另一临界值 ,前者对后者有很强的约束。该判据表明 ,在实际大气中对于有限振幅扰动容易产生正压亚临界不稳定 。

预应力局部单双层浅网壳结构的几何非线性稳定分析

应用几何非线性有限元法,对不同形式的预应力局部单双层浅网壳结构在受全跨表面荷载作用时的整体稳定性进行分析.分析考虑了非对称分布荷载作用的情况.计算表明,结构在全跨表面荷载作用时,对称加载所对应的临界荷载不一定是结构的最小临界荷载.在采用相同橡胶垫支座的情况下,预应力可以略微提高结构的临界荷载,但结构的临界荷载仍小于固定铰接支承的非预应力浅网壳结构.

倍周期分岔和环面分岔对电力系统电压稳定性的影响

应用非线性动力学分岔分析方法与软件,在对鞍结分岔导致电压失稳进行分析的基础上,针对基于WALVE综合负荷模型的典型3节点电力系统,进行分岔分析.分析过程表明,同一电力系统当采用不同的发电机模型时,可能发生亚临界Hopf分岔或超临界Hopf分岔;同时给出了系统走向电压失稳的两种不同方式:连续倍周期分岔经混沌和环面分岔因环面破裂走向电压失稳.采用时域仿真方法,研究了两种方式导致电压失稳的演变过程.

Jeffcott平衡转子系统亚临界和超临界Hopf分叉

应用非线性动力学理论对平衡转子-轴承系统的亚临界和超临界Hopf分叉进行了分析与研究,提出了转子-轴承系统发生亚临界及超临界Hopf分叉的数值分析方法,分析了不同长径比下,转子系统的失稳转速界限曲线及发生超临界与亚临界分叉的区域。揭示了系统发生超临界Hopf分叉时,其周期解的产生是渐变的;发生亚临界Hopf分叉时,其周期解从稳定到失稳是突发性的,并不是一个渐进的过程,且长径比较小的轴承不易发生危害程度较大的亚临界分叉。

壁面的表面粗糙度引起的Stokes层亚临界不稳定性

用数值模拟的方法研究了二维壁面的表面粗糙度下Stokes层的非线性亚临界不稳定性问题.发现当粗糙度高度极小时,响应系数曲线与线性情况就会产生较大偏离.随着粗糙度高度的增加,扰动1阶谱会出现亚谐波的成分,粗糙度高度的进一步增加使扰动1阶谱进入混乱阶段,显示出亚临界失稳的过程.根据粗糙度高度与扰动1阶谱演化的特征关系,定义了临界粗糙度高度,并给出临界粗糙度高度与雷诺数的关系曲线.结果表明:临界粗糙度高度随着雷诺数增大而减小.雷诺数为300左右时,微米量级的粗糙度高度就可能引起Stokes层的亚临界失稳,发生转捩,由此也可以给出实验中观测到的转捩通常都发生在雷诺数为300附近的原因.