Multiple mixed state variable incremental integration for reconstructing extreme multistability in a novel memristive hyperchaotic jerk system with multiple cubic nonlinearity

Memristor-based chaotic systems with infinite equilibria are interesting because they generate extreme multistability.Their initial state-dependent dynamics can be explained in a reduced-dimension model by converting the incremental integration of the state variables into system parameters.However,this approach cannot solve memristive systems in the presence of nonlinear terms other than the memristor term.In addition,the converted state variables may suffer from a degree of divergence.To allow simpler mechanistic analysis and physical implementation of extreme multistability phenomena,this paper uses a multiple mixed state variable incremental integration(MMSVII)method,which successfully reconstructs a four-dimensional hyperchaotic jerk system with multiple cubic nonlinearities except for the memristor term in a three-dimensional model using a clever linear state variable mapping that eliminates the divergence of the state variables.Finally,the simulation circuit of the reduced-dimension system is constructed using Multisim simulation software and the simulation results are consistent with the MATLAB numerical simulation results.The results show that the method of MMSVII proposed in this paper is useful for analyzing extreme multistable systems with multiple higher-order nonlinear terms.

Effect of Wave Nonlinearity on the Instantaneous Seabed Liquefaction

The nonlinear variation of wave is commonly seen in nearshore area,and the resulting seabed response and liquefaction are of high concern to coastal engineers.In this study,an analytical formula considering the nonlinear wave skewness and asymmetry is adopted to provide wave pressure on the seabed surface.The liquefaction depth attenuation coefficient and width growth coefficient are defined to quantitatively characterize the nonlinear effect of wave on seabed liquefaction.Based on the 2D full dynamic model of wave-induced seabed response,a detailed parametric study is carried out in order to evaluate the influence of the nonlinear variation of wave loadings on seabed liquefaction.Further,new empirical prediction formulas are proposed to fast predict the maximum liquefaction under nonlinear wave.Results indicate that(1)Due to the influence of wave nonlinearity,the vertical transmission of negative pore water pressure in the seabed is hindered,and therefore,the amplitude decreases significantly.(2)In general,with the increase of wave nonlinearity,the liquefaction depth of seabed decreases gradually.Especially under asymmetric and skewed wave loading,the attenuation of maximum seabed liquefaction depth is the most significant among all the nonlinear wave conditions.However,highly skewed wave can cause the liquefaction depth of seabed greater than that under linear wave.(3)The asymmetry of wave pressure leads to the increase of liquefaction width,whereas the influence of skewedness is not significant.(4)Compared with the nonlinear waveform,seabed liquefaction is more sensitive to the variation of nonlinear degree of wave loading.

Quasi-anti-parity–time-symmetric single-resonator micro-optical gyroscope with Kerr nonlinearity

Parity–time(PT) and quasi-anti-parity–time(quasi-APT) symmetric optical gyroscopes have been proposed recently which enhance Sagnac frequency splitting. However, the operation of gyroscopes at the exceptional point(EP) is challenging due to strict fabrication requirements and experimental uncertainties. We propose a new quasi-APT-symmetric micro-optical gyroscope which can be operated at the EP by easily shifting the Kerr nonlinearity. A single resonator is used as the core sensitive component of the quasi-APT-symmetric optical gyroscope to reduce the size, overcome the strict structural requirements and detect small rotation rates. Moreover, the proposed scheme also has an easy readout method for the frequency splitting. As a result, the device achieves a frequency splitting 10~5 times higher than that of a classical resonant optical gyroscope with the Earth's rotation. This proposal paves the way for a new and valuable method for the engineering of micro-optical gyroscopes.

Selective Impact of Dispersion and Nonlinearity on Waves and Solitary Wave in a Strongly Nonlinear and Flattened Waveguide

The waveguide which is at the center of our concerns in this work is a strongly flattened waveguide, that is to say characterized by a strong dispersion and in addition is strongly nonlinear. As this type of waveguide contains multiple dispersion coefficients according to the degrees of spatial variation within it, our work in this article is to see how these dispersions and nonlinearities each influence the wave or the signal that can propagate in the waveguide. Since the partial differential equation which governs the dynamics of propagation in such transmission medium presents several dispersion and nonlinear coefficients, we check how they contribute to the choices of the solutions that we want them to verify this nonlinear partial differential equation. This effectively requires an adequate choice of the form of solution to be constructed. Thus, this article is based on three main pillars, namely: first of all, making a good choice of the solution function to be constructed, secondly, determining the exact solutions and, if necessary, remodeling the main equation such that it is possible;then check the impact of the dispersion and nonlinear coefficients on the solutions. Finally, the reliability of the solutions obtained is tested by a study of the propagation. Another very important aspect is the use of notions of probability to select the predominant solutions.

Nonlinear wave propagation in acoustic metamaterials with bilinear nonlinearity

Nonlinear phononic crystals have attracted great interest because of their unique properties absent in linear phononic crystals.However,few researches have considered the bilinear nonlinearity as well as its consequences in acoustic metamaterials.Hence,we introduce bilinear nonlinearity into acoustic metamaterials,and investigate the propagation behaviors of the fundamental and the second harmonic waves in the nonlinear acoustic metamaterials by discretization method,revealing the influence of the system parameters.Furthermore,we investigate the influence of partially periodic nonlinear acoustic metamaterials on the second harmonic wave propagation,and the results suggest that pass-band and band-gap can be transformed into each other under certain conditions.Our findings could be beneficial to the band gap control in nonlinear acoustic metamaterials.

Energy shift and subharmonics induced by nonlinearity in a quantum dot system

The presence of anticrossings induced by coupling between two states causes curvature in energy levels, yielding a nonlinearity in the quantum system. When the system is driven back and forth along the bending energy levels, subharmonic transitions and energy shifts can be observed, which would cause a significant influence as the system is applied to quantum computing. In this paper, we study a longitudinally driven singlet-triplet(ST) system in a double quantum dot(DQD)system, and illustrate the consequences of nonlinearity by driving the system close to the anticrossings. We provide a straightforward theory to quantitatively describe the energy shift and subharmonics caused by nonlinearity, and find good agreement between our theoretical result and the numerical simulation. Our results reveal the existence of nonlinearity in the vicinity of anticrossings and provide a direct way of analytically assessing its impact, which can be applied to other quantum systems without excessive labor.

智能制造对制造企业创新效率的非线性影响——基于制造业服务化的调节效应

增强制造业创新能力是实施制造强国的重点任务,深度探究制造业转型升级中的创新效率问题有助于推动制造业创新发展。基于2013—2019年中国沪深A股制造业上市公司的数据,通过实证考察智能制造对制造企业创新效率的非线性影响,并探究制造业服务化在其中的调节作用,研究结果表明:智能制造对我国制造企业创新效率具有显著U型影响效应,主要影响机制是通过降低内部组织成本、减少企业内部融资两个途径提升制造企业创新效率。通过非线性影响的调节效应模型检验发现,制造业服务化对智能制造与制造企业创新效率的非线性关系起到正向调节作用,制造业服务化水平越高,智能制造前期对企业创新效率的负面影响就越弱。异质性分析发现,在大规模或实施策略性创新的企业中智能制造与制造企业创新效率的U型影响关系较显著。为此,企业应系统应对智能制造应用过程中不同阶段对企业创新驱动的作用效应,充分发挥服务化转型对推动智能制造创新发展的重要作用,要根据自身规模和创新方式等选择适宜的智能制造推进路径。同时,应充分发挥政府对智能制造的协调、支持作用。

数字经济、农业产业结构升级对农民增收的效应

【目的】数字经济作为我国经济发展的新动能,对农民增收具有重要作用。研究两者之间的关系及其作用机制,可以丰富数字经济与农民收入的研究内容,充实经济高质量发展的经验证据,为加快数字乡村战略的实施进程提供启示。【方法】基于农业产业结构升级视角,运用2012—2021年全国31个省份的面板数据,构建数字经济评价指标体系,采用熵值法测算数字经济发展水平,借助固定效应模型和最小二乘法(OLS)探究数字经济对农民增收的影响及其作用机制,并运用面板门槛模型分析数字经济对农民增收的非线性溢出特征,最后借助分位数回归等方法分析数字经济对农民增收的异质性。【结果】(1)数字经济能够促进农民增收,经过工具变量法、改变样本容量等一系列检验后,结论依然成立。其中数字经济对农民的家庭经营性收入、工资性收入、财产性收入产生显著促进效应,对农民转移性收入的影响不显著。(2)数字经济的发展提升了农业产业结构的合理化以及高级化水平,助推农业产业结构的升级,从而促进农民收入的增长。(3)数字经济的增收效应具有非线性特征,且该效应在农业产业结构合理化的调节作用下得到进一步强化。(4)数字经济会长期带动农民收入增长;数字经济对不同收入水平农民增收的影响效应呈“倒U型”,其中中等收入阶层是数字经济发展的最大受益者;数字经济发展对中、西部农民增收的推动力明显强于东部地区。【结论】数字经济、农业产业结构升级是提高农民收入水平的关键要素,基于此,提出加强数字经济建设力度、创新数字经济和农业产业结构融合发展机制、完善数字经济发展的利益分配机制以及促进区域数字经济与农业产业结构统筹联动等对策建议。

泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。

耐张型悬索支撑输电结构风振非线性有限元分析

耐张型悬索支撑输电结构是一类适用于山地地形的新型输电结构,其主要受风荷载控制。为此,该研究发展了该输电结构风振非线性有限元分析模型并开展了结构风振响应分析。考虑结构的几何非线性,通过单元应变能与位移的关系推导了支撑悬索和输电线的三维杆单元切线刚度矩阵;给出了支撑悬索和输电线的单元质量矩阵、阻尼矩阵以及由风荷载等效而得的单元节点荷载向量;基于非线性有限元理论,建立了耐张型悬索支撑输电结构风振非线性动力方程,并采用了结合Newton-Raphson迭代法的Newmark-β法求解非线性动力方程;通过所建立的动力学分析模型对两跨耐张型悬索支撑输电结构进行了风致非线性振动分析。算例分析结果表明:①提出的模型具有较好的计算精度和较高的计算效率;②悬索支撑导线部分的低阶固有频率比悬索支撑地线部分的低阶固有频率更低;③该输电结构的输电线位移响应受风荷载影响较大;④输电线侧向位移和支撑悬索张力受风速和风向角影响均较显著。

红外高光谱大气探测仪(FY-3E/HIRAS-Ⅱ)在轨数据非线性校正方法

风云三号E星(FY-3E)搭载的高光谱大气探测仪(HIRAS-Ⅱ)能够实现大气的垂直探测,具有高光谱、高灵敏度、高精度的特点。仪器在轨之后由于仪器衰减和环境变化的原因产生非线性响应,影响在轨定标精度。针对非线性响应的问题,提出了一种基于带内光谱的非线性校正方法。首先基于带外低频光谱的非线性特征求解非线性校正系数,将此系数作为初值输入到辐射定标模型中,以星上测量的黑体带内光谱与理想光谱的偏差为目标函数,通过迭代优化非线性校正系数。通过辐射定标实验得出,校正后的黑体亮温偏差明显低于未校正和基于带外光谱的校正方法。将HIRAS-Ⅱ的观测数据与IASI进行交叉比对并计算平均亮温偏差和偏差绝对值,经过带内校正法非线性校正后的亮温平均偏差为-0.13 K,优于带外校正方法。

再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。

裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型及参数分析

裂隙花岗岩的蠕变特性对高放废物地质处置库的长期稳定性和安全性至关重要。本文基于裂隙花岗岩在不同应力条件下的蠕变试验结果,结合蠕变过程中应力产生的损伤累积的影响,提出一种考虑损伤的弹黏塑性体。通过将经典Burgers模型的黏性元件替换为分数阶黏弹性元件,将黏弹性体替换为考虑损伤的弹黏塑性体的方法,构建了裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型,并推导出模型在3维应力状态下的本构方程。通过对倾角30°及45°单裂隙花岗岩在不同应力条件下蠕变试验数据的拟合分析,确定了模型参数,验证了模型的适用性和合理性,获得了各模型参数随应力水平的变化规律。通过模型参数的敏感性分析,揭示了分数阶导数、损伤参数,以及应力水平对裂隙花岗岩蠕变应变的影响规律,并验证了裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型在特殊条件下可退化为经典Burgers模型。研究表明,本文提出的裂隙花岗岩非线性蠕变本构模型能够准确地描述裂隙花岗岩蠕变破坏全过程的3个阶段,尤其是加速蠕变阶段应变随时间非线性增长的过程。

并网逆变器非线性特性建模及稳定性研究综述

并网逆变器作为连接新能源分布式发电和电网之间的关键接口,发挥着将电能高效、高质量馈入电网的重要作用。随着新能源渗透率的持续提高,并网点处电网存在诸如高电网阻抗、丰富的低频谐波、电压幅值/频率波动甚至故障等复杂状况。鉴于并网逆变器本质上是一个多输入、强耦合的非线性系统,沿用传统的线性建模与分析方法已难以解释工程中的复杂谐波振荡现象,并网逆变器的稳定性分析及其稳定运行受到巨大挑战。为此,该文首先具体阐述了线性与非线性和系统受扰大小之间的关系,指出大干扰稳定性分析更依赖于非线性建模及分析方法的应用。在此基础上,对已见诸报道的并网逆变器稳定性分析方法进行了归纳和对比。然后,详细阐述了稳定性分析方法在并网逆变器特定非线性环节中的应用。最后,总结并讨论了现有研究的不足,以期进一步促进“双高”背景下并网装置非线性建模和稳定性分析的研究。

绿色技术创新对碳排放的影响效应——非线性中介效应与调节效应分析

绿色技术创新是解决环境污染和实现碳减排目标的重要手段。基于2011—2021年中国内地271个地级及以上城市面板数据,使用参数与非参数方法检验绿色技术创新对碳排放的非线性影响,分析能源消费结构及产业结构的中介作用,同时探讨环境规制、科创支持、市场化程度和公众关注的调节作用。研究发现:①基准回归结果表明,绿色技术创新与碳排放呈显著倒“U”型关系;②异质性检验结果表明,倒“U”型关系仅在非资源型城市、低碳试点城市和高质量绿色技术创新体现明显;③中介效应检验结果表明,绿色技术创新既能通过优化能源消费结构降低碳排放,又会通过阻碍产业结构升级增加碳排放;④调节效应分析结果表明,公众关注、科创支持和市场化程度对绿色技术创新与碳排放倒“U”型关系起正向调节作用,使倒“U”型曲线更陡峭,而环境规制对绿色技术创新与碳排放倒“U”型关系起负向调节作用,使倒“U”型曲线更平缓。据此,提出提升绿色技术创新能力、推动清洁能源发展、加强政策配套支持、完善市场机制、构建政府公众共治体系等建议。

连续波输出功率111.27 mW的G波段四端口平衡式倍频器

利用新颖的四端口平衡式二倍频原型,开发了215~230 GHz频段的肖特基变容管倍频器,并具备更加优秀的变频效率和功率容量。同时,所提出的倍频架构能够实现奇次谐波和四次谐波的本征抑制,并且其中采用的二极管管结数量相对于传统平衡倍频结构提升了两倍。因此,这种四端口倍频电路可以实现更好的转换效率和双倍的功率处理能力。在室温下,当输入功率为196~340 mW时,该倍频器具有约39.5%的峰值转换效率(@218 GHz),即使在较高的频率下,该倍频器也被证明是高功率太赫兹波信号产生的理想解决方案。

一类非线性系统的广义伴随线性方程分析研究

非线性输出频率响应函数是线性系统理论中频率响应函数在非线性系统中的一种推广,越来越多的学者已将其应用在结构损伤检测及故障诊断中.基于Volterra级数理论与由非线性微分方程描述的单输入单输出非线性系统的广义频率响应函数递归计算公式,利用多重积分性质和多维傅里叶变换,将广义频率响应函数映射到了一维频域中,推导出了一类非线性系统的广义伴随线性方程计算公式.研究表明,这类系统的第n阶非线性输出响应是以系统输入激励和前n-1阶非线性输出响应的组合函数作为广义激励作用到系统各阶广义伴随线性方程中的输出响应,最后通过求解一系列线性微分方程可得到这类非线性系统的任意阶非线性输出响应,其结果弥补了伴随线性方程无法求解这类非线性系统的不足.同时,针对广义伴随线性方程的数值计算问题,论文提出了一种耦合计算法,提高了计算非线性输出响应的精度,为非线性输出频率响应函数的计算提供了一种新思路.最后利用广义伴随线性方程与线性算子理论研究了两种典型非线性系统中非线性现象产生的原因,研究结果为非线性系统的分析与设计提供了一种有效途径.

腐蚀疲劳交替下2A12-T4航空铝合金的寿命分析研究

基于飞机服役期间经历“地面腐蚀与空中疲劳”的交替损伤模式,考虑载荷间的相互作用,研究了航空铝合金2A12-T4在预腐蚀与“腐蚀+疲劳”交替模式下疲劳寿命的退化与损伤累积规律。同级加载条件下提出利用腐蚀疲劳耦合损伤指数和迟滞载荷用来描述考虑交替腐蚀疲劳损伤模式,用各级疲劳损伤间的相互影响及腐蚀损伤与疲劳损伤在服役工作期间的耦合作用来描述腐蚀、疲劳间的相互促进、加速劣化的现象。基于损伤力学和非线性累积理论,考虑载腐蚀疲劳耦合指数与迟滞载荷对传统的Miner线性累积损伤理论进行修正。建立了飞机结构材料的寿命计算模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比验证。确定了腐蚀实验中的腐蚀耦合损伤,并利用低载锻炼效应理论得出均匀分布的迟滞载荷。计算结果表明,本文提出的寿命计算模型的结果与实验结果比较吻合。

数字物流赋能可持续发展的机制与效应——基于物流碳生产率视角

在社会经济全面数字化和可持续发展背景下,从物流碳生产率视角探究数字物流赋能可持续发展的机制与效应意义重大。基于2015—2020年我国省际面板数据,运用纵横向拉开档次法和CRITIC-G1-Bonferroni算子,分别对各地区数字物流和可持续发展水平进行测算,进而以面板固定效应模型、中介效应模型、门槛模型和空间模型,对数字物流、物流碳生产率与可持续发展之间的逻辑关系进行实证检验。研究发现,数字物流以非线性递增的态势显著促进可持续发展水平的提升,且在东部、东北地区的作用强于中西部地区;其中,物流碳生产率的提高是数字物流释放可持续发展红利的重要机制。同时,数字物流对可持续发展还具有空间溢出效应,表明其对地区间可持续发展水平相互协调、带动也有着不可忽视的积极作用;随着传统产业全面数字化对可持续发展水平的影响不断加深,该溢出效应变得愈加显著,从而带动地区可持续发展水平的均衡提升。为了巩固数字物流为可持续发展带来的红利优势,首先要促进社会资本参与物流数字化转型,建设共享的物流平台和基础设施,淘汰过剩落后产能,形成开放统一的物流市场,并通过设立管理部门制定并监督低碳环保标准。此外,应通过财政支持和税收优惠加强中西部基础设施建设,同时建立地区合作机制,共享资源和技术,优化物流网络,促进区域间协调发展。

基于扰动观测器的PMSM系统自适应反步滑模控制

针对负载转矩波动和系统参数变化的永磁同步电机(PMSM)系统的控制问题,提出了一种带有非线性扰动观测器的自适应反步滑模位置跟踪控制方法。首先,设计了自适应反步滑模控制器,以确保电机位置快速收敛到期望值,并设计了自适应收敛增益,以减小电机位置响应下的大的过冲;其次,设计非线性扰动观测器估计未知扰动,并为自适应反步滑模控制提供前馈补偿,以提高系统的鲁棒性,并减少稳态位置误差。仿真结果表明,该方法可以有效减少过冲,很好地实现了PMSM系统的快速位置跟踪控制,具有良好的抗扰动性能。