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缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响

斑图是在空间或时间上具有某种规律性的非均匀宏观结构,普遍存在于自然界中。螺旋波是非平衡斑图中最常见的一种,在自然界中广泛存在,可以在振荡系统、激发系统和双稳系统中观察到,包括许多物理、生物、化学等系统。因此深入研究螺旋波的形成及其动力学行为具有重要的意义。本文重点研究了单个圆形缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响以及复合介质中螺旋波的衍射。论文的第一章重点介绍了什么是振荡系统、改进的FHN模型以及缺陷对螺旋波影响的研究现状。第二章详细介绍了目前成熟的关于螺旋波动力学行为及螺旋波破碎的理论。第三章着重研究在缺陷中心到周期螺旋波波头中心的距离不变,同时缺陷中心足够远的情况下,缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响。我们发现,当缺陷半径r_d很小时缺陷对周期螺旋波没有影响;随着r_d的增大,存在两个临界缺陷半径r_(d1)和r_(d2),当r_d<r_(d1)时,波头最终轨迹随r_d缓慢的漂移;当r_d=r_(d1)时,与r_d<r_(d1)时  (本文共61页) 本文目录 | 阅读全文>>

《广西科学》2006年01期
广西科学

缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响

螺旋波是自然界中普遍存在的一种非平衡斑图,它可以在激发介质和振荡介质中被观测到,如心脏、BZ反应以及铂(P t110)催化剂表面的一氧化碳氧化等等.近年来螺旋波的动力学行为日益引起人们的关注[1],人们对螺旋波的详细动力学行为及其失稳都进行了深入的研究[2,3],同时提出很多控制螺旋波的方法,例如外加周期力控制[4]、全局反馈与局部反馈控制[5]、及靶波控制[6]等等.然而实际系统往往是不均匀的,而且是有缺陷的,例如心脏中有某一块心肌可能是坏死的,铂的表面不可能是完全光滑的,等等.在此之前,许多学者研究了缺陷对螺旋波动力学的影响[7~10],如文献[7]指出,存在缺陷的情况下,增大格点间的耦合强度会使局域波传遍整个空间,而进一步增大耦合强度,当达到一定程度时,全局波的传播又会被终止.本文针对延展系统,讨论缺陷对周期螺旋波动力学行为的影响.1研究的模型本文研究的模型是基于F itzHugh-N agum o模型[11],考虑到研究...  (本文共4页) 阅读全文>>

《物理学报》2010年04期
物理学报

无扩散功能的缺陷对螺旋波动力学行为的影响

1.引言螺旋波是自然界中普遍存在的一种非平衡斑图,因为它在生物、物理、化学等许多系统中被观察到,如卵细胞中的钙离子波、黏性霉菌的自组织[1],铂催化剂表面的一氧化碳氧化[2]、BZ反应[3]等.生理学实验表明[4],在心脏病患者中观察到的一类心律不齐或心动过速现象,可能是由于心肌电信号出现螺旋波引起的,而心颤致死的过程则与心肌中螺旋电波的失稳有密切关系,所以心脏学家一直在寻找有效的方法来消除心脏中的螺旋波电信号及其破碎形成的时空混沌.因此有关螺旋波的产生、漫游、破碎和控制引起了人们极大的兴趣[5—9].文献[10,11]研究了缺陷对波头的影响,指出在满足一定条件下螺旋波波头既可以被缺陷吸引也可以远离缺陷运动;文献[12]研究了在激发介质中,局部不均匀性对时空混沌的影响,指出不均匀性可导致激发介质中出现单臂或多臂螺旋波,甚至可观察到靶波出现;文献[13]提出了用不可激发元胞的随机分布来防止螺旋波的破碎;文献[14]指出螺旋波的破碎...  (本文共7页) 阅读全文>>

广西师范大学
广西师范大学

用元胞自动机方法研究心脏组织中的螺旋波

螺旋波的研究一直是非线性交叉学科斑图动力学的一个重要课题。螺旋波广泛存在于物理、化学、生物系统中:如液晶中的Ising-Block 相变、流体中的Rayleigh-Benrd 对流、粘性霉菌群体的自组织演化、卵细胞中的钙离子波、心脏中的心电信号、铂金表面一氧化碳的氧化反应、反应扩散系统中的化学波等。研究螺旋波有着重要的应用价值。生理学的实验表明:在心脏病人中观察到的一类叫作再进入性心率过速(Reentrant tachycadia)的现象,可能是由于心肌电信号出现螺旋波而引起的,而心颤(fibrillation)致死的过程与螺旋波的失稳有密切关系。心脏组织是一个可激发系统,本文采用元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)方法中的Greenberg-Hasting 改进模型对心脏组织进行了研究,模拟发现系统产生螺旋波,平面波等现象。平面波是波前和波后完全一致的传播;螺旋波的波前与波后在顶点处融合成一体,形成具有奇...  (本文共48页) 本文目录 | 阅读全文>>

《物理学报》2013年08期
物理学报

分布式电流刺激抑制心肌组织中螺旋波

1引言时空系统在远离热力学平衡态下可观察到各类奇异的螺旋波,这些螺旋波或者以稳定的频率在介质中旋转,或者漫游漂移.在化学反应系统,气体放电和生物系统中都可以观察到螺旋波的存在[16].过去几十年来,人们对螺旋波的相关问题进行了广泛研究.近年来对时空系统中螺旋波的研究主要包括:介质中螺旋波出现的根源,各类螺旋波的转换,如单臂螺旋波到多臂螺旋波、稳定旋转螺旋波到漫游螺旋波或者超螺旋波,螺旋波波头动力学行为,外加控制下螺旋波和靶波的竞争、外界电场对介质极化后对螺旋波演化的影响,螺旋波破裂的路径和机制.研究比较多的则是提出各类方法来消除螺旋波和控制时空混沌.如文献[7]提出的理论模型可以描述螺旋波形成条件和波前移动速度等;文献[8]对于激发介质中稳定旋转螺旋波稳定性分析给出了快捷算法;文献[9]基于光敏的Belousov-Zhabotinsky反应研究了三变量介质中螺旋波形成机制问题;文献[10]对预混火焰中的靶波和螺旋波进行建模和刻画...  (本文共9页) 阅读全文>>

《物理学报》2013年05期
物理学报

时空调制引起的漫游螺旋波与旅行螺旋波共存现象

1引言螺旋波动力学及其控制研究是近些年来非线性科学研究的热门课题之一[1,2].究其原因,一方面主要是因为螺旋波广泛地存在于自然界之中,比较典型的有生物、物理、化学等诸多体系[35];另一方面就是螺旋波在生物与医学等领域的潜在应用.例如,近期的实验研究发现,在哺乳动物的大脑皮层中就存在着螺旋波[6].于是,学者们开展了大量基于以神经元为模型、以复杂网络为拓扑结构的理论研究工作,以试图来揭示存在于神经网络中的螺旋波及其他复杂振荡形态的生物意义及其相关生物机理.例如在文献[7—9]中,作者们对耦合神经元网络模型中螺旋波的相变问题做了大量的研究工作,并取得了一些比较有意义的研究结果.本文的作者也在一个比较具体的可激发复杂网络模型中讨论了螺旋波的失稳机理及控制问题[10].另一方面,大量研究表明,螺旋波及其失稳破碎是诱发心脏病人猝死的一个重要因素[1113].因此,人们提出了许多方法来对螺旋波和时空混沌实施有效调控[1420].例如,唐...  (本文共7页) 阅读全文>>

《计算物理》2013年04期
计算物理

传导延迟对螺旋波动力学行为的影响

0引言螺旋波是非平衡系统中的一种自维持时空斑图,可出现在反应扩散系统中,如Belousov-Zhabotinsky(BZ)化学反应系统[1]、一氧化碳在铂金表面的催化氧化反应[2]、二氧化碳气体对流[3]、心肌组织的电信号[4]等.在心脏系统中出现螺旋波以及螺旋波破碎成时空混沌是有害的[5],因为心肌电信号出现螺旋波与心脏再进入性心率过速有关,而螺旋波破碎则与心室纤维性颤动有关[6],因此对螺旋波的研究有着重要的应用价值,这引起了科学工作者极大的兴趣[7-11].正常心脏主要由心肌细胞和非心肌细胞两类细胞构成,心脏的收缩就是靠心肌细胞来完成的.心肌细胞和非心肌细胞分别占心脏细胞总数的1/3和2/3,但是心肌细胞却占据心脏的大部分体积.成纤维细胞(fibroblast)是主要的非心肌细胞,在非心肌细胞中占大部分比率,在心肌层中到处都有成纤维细胞,他们形成包围心肌细胞的三维网络[12].随着年龄的增长,心脏会出现老化现象,其老化过程...  (本文共7页) 阅读全文>>