FPK方程的近似闭合解

讨论了FPK方程的近似闭合解问题。假设FPK方程的解具有指数多项式的形式 ,利用比较系数的方法确定其中待定的常数。计算表明 ,本方法适用于强非线性系统 ,在特殊情形下还能求出原方程的精确解。

基于FPK方程的一类非线性问题辨识方法

一类受高斯白噪声激励的非线性动力学方程能通过求解对应的 Ｆ Ｐ Ｋ 方程得到精确稳态解。本文基于这一结果导出非线性恢复力与系统位移输出的概率度的关系，将动力学系统中非线性（恢复力的非线性）结构参数的辨识问题转化为求解系统的概率密度，是一种新的尝试，结果经数值仿真是可行的。但所研究系统限于单自由度非线性恢复力系统，其中线性部分的参数已知。

用差分法与超松弛迭代法求高维平稳FPK方程的解

用不同精度的差分格式将高维平稳FPK方程离散化为线性代数方程组,然后用超松弛迭代法求解该线性代数方程组得到平稳FPK方程的近似解。讨论了不同的差分格式、网格密度及超松弛因子对解精度及收敛速度的影响,并与其他方法的计算精度进行比较,提出用多重网格算法提高计算效率。研究了典型的二维及四维随机系统的稳态响应,算例表明,该算法具有简洁、节省存储量且精度高的特点,是求解高维平稳FPK方程解的有效算法。

求解非线性平稳随机振动FPK方程的小波数值方法

详细推导了FPK方程的Shannon小波配点法数值计算格式 ,以杜芬振子为例给出了Shannon小波配点法求解FPK方程的完整过程 .所取得的数值结果表明 ,该方法可以得到与精确解非常吻合的结果 .这个方法可推广用于求解某些其他类型的偏微分方程 .

随机外激非线性系统FPK方程的四阶中心C-N型隐式差分解

研究了非线性随机动力系统所对应的Fokker-Planck-kolmogorov(FPK)方程.讨论了微分方程的可朗克(Crank)一尼考尔逊(Nicolson)型隐式有限差分格式以及微分的四阶中心差分格式,将两者相结合,得到FPK方程的四阶中心C-N隐式格式差分解,并与FPK方程的精确解进行了比较.数值结果表明,该方法具有良好的稳定性,且可以解决其他方法在概率密度峰值处偏小,而在尾部处较大等缺点.

一维非线性系统FPK方程的TVD Runge-Kutta WENO型差分解

首先研究了非线性随机动力系统所对应的Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程.其次,讨论了微分方程的三阶TVD Runge-Kutta关于时间的离散差分格式以及关于空间离散的五阶Weighted Essentially nonOscillatory(WENO)差分格式,并将其相结合,得到FPK方程的TVD Runge-Kutta WENO差分解,并与FPK方程的精确解进行了比较.数值结果表明,该方法具有良好的稳定性,且可以解决其他方法在概率密度峰值处偏小,而在尾部处较大等缺点.

基于FPK方程的减摆器的非线性阻尼测试方法

受高斯白噪声外激的一阶非线性动力学方程能通过求解对应的FPK方程得到精确稳态解．本文基于这一结果导出减摆器非线性阻尼力与系统速度输出的概率结构的关系，将动力学系统中非线性阻尼力参数的测试问题转化测量系统的概率结构，并通过仿真进行了验证．

有限元线法在解FPK方程中的应用

本文首次将有限元线法（ＦＥＭＯＬ）引入到非一性随机振动领域，给出了相应的单元特性的计算格式，探索了求ＦＰＫ方程的方法，并以船舶侧摆运动和Ｄｕｆｆｉｎｇ为例进行了必要的讨论。计算结果表明，用有限元线法求解非线性随机振动问题，较有限 法有所需内存小、计算精度好的效率高的优点。

应用FPK方程分析非线性缓冲结构的可靠性

分析了振动性冲击载荷属于一种窄带随机振动过程,其特点符合马尔柯夫随机过程的条件。然后,可以通过FPK(Foker Planck Kolmogorov)方程表达式,求出缓冲包装结构在受振动性冲击载荷作用下响应参数在某个时刻的条件概率密度函数。最后,根据可靠性理论及其概率分析方法,求得以概率表示的缓冲结构的可靠度。

加性非平稳激励下结构速度响应的FPK方程降维

结构在随机激励下的非线性响应分析是具有高度挑战性的困难问题.对于白噪声或过滤白噪声激励,求解FPK方程将获得结构响应的精确解.遗憾的是,对于非线性多自由度系统,FPK方程难以直接求解.事实上,其数值解法严重受限于方程维度,而解析求解则仅适用于少数特定的系统,且多是稳态解.因此,将FPK方程进行降维,是求解高维随机动力响应分析问题的重要途径.本文针对幅值调制的加性白噪声激励下多自由度非线性结构的非平稳随机响应分析问题,将联合概率密度函数满足的高维FPK方程进行降维.针对结构速度响应概率密度函数求解,通过引入等价漂移系数,原FPK方程可转化为一维FPK型方程.建议了构造等价漂移系数的条件均值函数方法.进而,采用路径积分方法求解降维FPK型方程,得到速度概率密度函数的数值解答.结合单自由度Rayleigh振子、十层线性剪切型框架和非线性剪切型框架结构在幅值调制的加性白噪声激励下的非平稳速度响应求解,讨论了本文方法的精度和效率,验证了其有效性.

用矩阵连分法求解非平稳的FPK方程

FPK方程是求解系统响应概率结构的关键方程,目前其解析解还只限于线性系统响应和少数几种特殊情况非线性系统的平稳响应过程。本文以正交函数展开法为基础,选择了FPK方程的部分算子作为解的展开函数系,同时根据系数方程最小耦合关系式的初始值问题和特征值问题及其两者的关系,提出了求解振动系统转移概率密度函数的近似方法。最后,以Duffin方程为例给出了非线性系统非平稳过程FPK方程的求解过程。计算结果表明,矩阵连分法收敛快、方法规则且精度高,能适用于各种非线性势场。

二阶FPK方程的概率密度演化分析

给出求解二阶FPK方程的一种隐式有限差分格式,研究了四类不同振子的非平稳解。基于隐式有限差分格式,考察了各系统的瞬态概率密度函数,研究了边缘概率密度函数和联合概率密度函数随时间的演化历程。利用Monte Carlo数值仿真验证了本文近似方法的正确性。

随机动力学中FPK方程的径向基点插配点方法求解

应用径向基点插配点方法对随机动力学中的FPK方程进行了求解。所求未知函数的空间插值采用径向基点插近似,而时间导数离散采用差分格式,建立具有带宽特性的代数方程,采用逐次超松弛迭代法(SOR)有效地求解所得到的代数方程。针对线性振子和杜芬振子问题的FPK方程进行了具体的数值求解,计算结果表明了方法的有效性,尤其是散点模型的计算结果表明该方法具有比其它有网格数值方法对非规则离散模型适应性更强的优点。

Galerkin法求解非线性随机振动的FPK方程

本文利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法求解了三类典型的ＦＰＫ方程。

随机微分方程的计算机代数研究

将计算机代数的思想应用在随机微分方程理论中,借助数学软件系统Mathematica编制了运算程序包,它可以完成不同意义下的随机微分方程之间的转化,也可按Ito微分法则对随机变量函数进行微分,推导其转移概率密度函数的FPK方程.对于高维的随机微分方程组,以上步骤的计算量是很大的,本文提供的程序包可以快速准确地完成以上工作.

一类随机系统完全统计特征控制

非线性随机系统完全统计特征控制优于低阶矩控制,但往往因为算法的复杂性难以实际应用.本文针对受高斯白噪声激励的标量非线性随机系统,针对状态响应提出了一种完全统计特征控制方法.首先将刻画完全统计特征的概率密度函数表示成指数函数,利用FPK(Fokker-Planck-Kolmogorov)方程求出概率密度函数的各阶导数,进而建立指数函数Taylor展开的系数与待求反馈控制增益间的关系.然后,依据控制目标给出了求解反馈增益的优化问题.针对目标概率密度函数的不同情况,分别给出了跟踪控制策略:对于指数函数Taylor展开为有限项形式的情况,能够直接得到控制增益并完全跟踪目标概率密度函数;其他情况下,也能够达到较好的控制效果.仿真验证了本文方法的有效性.

色噪声激励下Duffing-Rayleigh-Mathieu系统的稳态响应

基于广义谐和函数与随机平均原理,研究了具有强非线性的Duffing-Rayleigh-Mathieu系统在色噪声激励下的稳态响应。通过van der Pol坐标变换,将系统运动方程转化为关于幅值与初始相位角的随机微分方程。应用Stratonovich-Khasminskii极限定理,作随机平均,得到近似的二维扩散过程。在此基础上,考虑共振情形,引入相位差变量,做确定性的平均,得到关于幅值与相位差的It随机微分方程。建立对应的Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程,结合边界条件与归一化条件,用Crank-Nicolson型有限差分法求解稳态的FPK方程,得到平稳状态下系统的联合概率分布。用Monte Carlo数值模拟法验证了理论方法的有效性。

随机外激励作用下非线性系统响应演变概率密度

对随机高斯外激励作用下强非线性振动系统响应演变概率密度函数求解问题进行探讨.应用随机函数空间的正交分解理论,将由熵方法定义的指数形式概率密度函数表达式在随机泛函空间中展开,推导了展开级数所满足的FPK方程.运用加特金方法,将概率密度与系统状态向量共同表征的偏微分方程求解问题转化为求解逼近系数的一阶常微分方程组形式,使得问题求解成为可能.数值算例中研究了随机外激励作用下下一阶与二阶随机非线性系统响应概率密度函数求解问题,初步讨论了随机非线性系统响应概率密度函数的瞬态演化过程.

站网规划的随机模型方法应用探讨

水文站网规划是水文学中较为复杂的问题之一。它是为收集和提供水文要素资料而设立的。不同时期、不同地区站网布设的科学性、合理性将直接影响水文资料的测验精度。并最终影响到水资源规划和工程设计及工程的运行。我国现行站网规划大都采用俄罗斯的卡拉谢夫法。该法则的推导基于两个假定,由于假定与现实不完全相符,使用中有一定局限。卡瓦连科利用基于径流形成的随机模型,得到Fokker—Plank—Kolmogrov方程,导出基于径流形成的随机模型的站网规划方法。该法更具一般性、应用更广泛。本文将这一原则应用于中国黑龙江松北地区,并与国内现行方法进行了比较,验证了该方法的可行性。

色噪声与乘性信号驱动下昆虫爆发系统的稳定性和随机共振

研究的是一类受色噪声和乘性周期信号驱动的昆虫爆发系统的稳定性和随机共振现象.首先对于一类由色交叉关联噪声驱动的昆虫爆发种群系统,通过应用FPK方程,获取了系统的稳态概率分布函数的近似表达式,重点讨论了噪声强度及自相关时间对此类昆虫爆发系统稳定性的影响;然后通过加入弱乘性周期信号,根据快速下降法和两态理论给出了信噪比公式,研究了噪声及其关联时间对于昆虫系统信噪比的影响.进而分析它们对系统种群数的稳定性和延续存活时间的一些实际作用.