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非线性动力系统闭包的变分方法:自治情况。 (英语) Zbl 1447.37070号

摘要:针对受自主强迫的非线性系统,提出了一种推导忽略尺度非线性参数化的一般方法。在这方面,根据每个要参数化的模式确定的自由标量参数,导出了基于动态的公式。对于每个高阶模态,通过最小化成本函数(参数化缺陷)获得该自由参数,这取决于直接数值模拟(DNS)的解决方案,但训练时间较短,与动力学的特征重现或解相关时间相当。作为流形近似于不变流形的参数变化,我们得到了一类重要的基于动态的公式,用于我们的参数化优化。为了更好地理解由此获得的修改流形的起源,本文第一部分重新讨论了不变流形的标准近似理论。特别强调与原始系统自然相关的前向(BF)系统,其渐近积分提供了不变流形的前导阶近似。然后,第二部分介绍了(i)基于相同BF系统的积分对这些近似流形进行的修改,但这次是在有限时间内(τ),以及(II)旨在有效选择每个模式进行参数化的变分方法。用这种方法得到的高模主导相互作用近似(LIA)的参数类由另一个由准静态近似(QSA)建立的参数类完成;接近第一临界点时,QSA是LIA的近似值,但随着远离临界点,QSA会有所不同。严格的结果表明,在给定截止维数的情况下,通过变分方法可以获得的最佳流形是通常不再不变的流形。极小值是与原始系统的条件期望密切相关的对象,称为最优参数化流形(PM),即简化状态空间的最佳向量场,它是未解决变量相对于以已解决变量为条件的概率测度的平均值。然后讨论了大气原始方程和Rayleigh-Bénard对流低阶模型的封闭应用。在Kuramoto-Sivashinsky湍流的背景下,该方法最终被说明为提供了有效的闭包,而无需调整惯性范围内的截止尺度(k_\mathfrak{c}),简化的状态空间仅由不稳定模式跨越,不包含任何稳定模式。通过我们的变分方法获得的潜在最优PMs远未进行修正,当在该截止波长下使用时,允许纠正LIA或QSA参数化以其标准形式遇到的能量向低模的过度后向散射转移。

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37米21 动力系统不变流形的计算方法
70克75 力学问题的变分方法
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