强迫Duffing振动系统的主共振鞍结分岔控制

设计了非线性参数控制器来改变非线性系统的稳态响应，减小了系统的响应幅值并消除了共振时的鞍结分岔。首先由多尺度法得到系统的近似频响方程，再由奇异性理论来分析分岔特性，从而实现非线性控制的目标。最后对强迫Duffing系统的主共振形式进行了分析，由数值模拟来确定分岔控制是可行的和有效的。     

常数激励与简谐激励联合作用下Duffing系统的非线性振动

以Duffing系统为研究对象,探讨常数激励与简谐激励联合作用下系统的骨架曲线及幅频响应特性,重点考察常数激励的影响。采用谐波平衡法求解该系统的振动方程,得到幅频响应关系,并给出了骨架曲线以及周期解的稳定性分析。采用幅频响应曲线和骨架曲线表征系统的基本动力学性质,讨论了常数激励和简谐激励幅值对系统幅频曲线性态和骨架曲线形态的影响。研究发现,系统振动响应中直流分量与谐波分量的振幅同步变化,但变化趋势相反。此外,两者骨架曲线的形态均是先向左微偏后转为向右弯曲,因此,在某些参数条件下,对应一个激励频率的周期解可能有5组,其中3组为稳定性,2组为不稳定解。进一步通过增大常数激励发现其能够对该系统造成的“刚度增强”效应,但同时也会伴随着愈加显著的“刚度渐软”特性。相应地,对于特定的简谐激励幅值,随着常数激励的增大,系统的幅频曲线能够由纯硬特性转变为软硬特性共存,甚至纯软特性。但是,在大尺度下观察,常数激励对系统骨架曲线的影响主要表现在骨架曲线根部的形态上,即随着简谐激励幅值的增大,常数激励对系统共振频率的影响变弱,不同常数激励下的骨架曲线趋于一致。     

Duffing系统的双参数分岔与全局特性分析

通过数值计算分析Duffing系统在双参数平面上最大Lyapunov指数的分布特性,得到系统在双参数平面上混沌运动、稳定周期运动和各种分岔曲线的参数区域,结合系统单参数分岔图和相图等,讨论参数耦合对系统动力学特性的影响和系统在双参数平面上的分岔与混沌过程。结果显示在双参数平面上由于混沌运动的参数区域被一系列的倍周期分岔曲线环包围,导致系统单参数分岔图出现连续周期泡结构,系统局部分岔特性变得非常复杂;在双参数平面上,经叉式分岔后系统出现倍周期分岔等各种分岔曲线,使得系统经叉式分岔后出现各种吸引子共存现象,利用多初值分叉图和胞映射法对系统经叉式分岔后的全局动力学特性进行详细深入地研究,发现系统参数对各吸引子的稳定性和吸引子吸引域的演变规律有重要影响。     

多频激励Duffing系统振动状态研究

通过多尺度法对Duffing系统的幅频响应特性进行研究可知,多频外激励改变了单频激励条件下系统的振动状态,使系统的主共振曲线产生了偏移;经过分析可以得知,Duffing系统主共振幅频特性曲线改变的大小与加入多频激励的幅度和频率有关。利用数值仿真对硬弹簧特性Duffing系统具体算例进行了计算,仿真结果表明,加入的多频外激励项改变了原有单频激励下系统的振动状态,对比研究了不同多频激励参数对系统振动状态改变的情况,取得了与解析分析较为一致的结论。     

Holmes型Duffing系统动力学特性仿真及实验

针对混沌研究中缺乏可进行有效可重复性实验混沌振动平台问题,设计混沌振动实验台架并开展实验研究。建立近似于在双势阱中粒子运动的数学模型,并分析系统动力学特性,观察到系统出现的周期解和混沌解。利用系统响应随参数变化的分岔特性,得到系统混沌参数区。在实验研究中,进一步确定混沌参数区间,并观察到了Holmes型Duffing系统中初值敏感性现象以及在通往混沌过程中出现的对称破缺分岔和倍周期分岔现象。     

干摩擦振动系统随机激励响应的Krylov-Bogoliubov计算方法

本文通过Ｋｒｙｌｏｖ－Ｂｏｇｏｌｉｕｂｏｖ方法,研究了含有立方非线性粘性阻尼双线性滞迟振动系统在稳态Ｇａｕｓｓｉａｎ白噪声激励下的稳态均方响应计算问题,重点考察了系统存在的立方非线性因素对响应均方比η的重要影响作用。     

无理式系统的主共振分岔分析

研究了一类无理式系统的主共振分岔。该系统为一连杆系统模型,其动力学行为取决于光滑参数 ,当 时,其为正刚度系统;当 时,其为负刚度系统;当 时,其为线性系统。当 逐渐增加时,系统从弱非线性系统变成强非线性系统。研究结果表明,无理式系统的性质和多项式系统的性质是不同的。最后采用奇异性理论分析了共振解的演化过程     

干摩擦振动系统响应计算方法研究

运用Ｆｏｕｒｉｅｒ级数分析技巧和谐波平衡法，提出了一种三次非线性粘性阻尼双线性滞迟振子强迫振动响应计算方法，并通过四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ数值积分对近似解析方法的精确性进行了验证。根据Ｆｌｏｑｕｅｔ理论，对定常解的稳定性和鞍结分叉现象进行了讨论。     

三自由度含间隙碰撞振动系统Poincaré映射Hopf-Hopf交互分岔的反控制

对一类含间隙碰撞振动系统Poincaré映射的Hopf-Hopf交互分岔进行了反控制研究。首先,基于碰撞振动系统建立了六维Poincaré映射,由于六维映射相应雅克比矩阵的特征值没有解析的表达式,这使得由特征值特性描述的传统临界分岔准则在确定控制增益中具有很大的局限性。针对这个局限性,建立了包含特征值分布条件、横截条件和非共振条件的显式临界准则。所建立的准则与传统的分岔准则等价,但并不依赖雅克比矩阵特征值的直接计算。然后,针对碰撞的不连续特性导致的隐式Poincare映射在闭环系统控制设计中的困难,发展了一种基于原碰撞系统的线性反馈控制方法。最后,数值分析给出了在指定的参数点所设计的映射Hopf-Hopf交互分岔的环面解,进一步验证了理论分析的正确性。     

有界窄带激励下的电磁开关系统主共振分析

以电磁开关系统为研究对象,研究电路与磁路耦合系统在有界窄带激励下的强非线性振动问题。建立电磁开关强非线性系统在有界窄带激励下的随机微分方程。应用改进的多尺度法得到系统的幅频响应方程,对窄带激励下系统主共振的稳定性进行计算,并分析系统各参数对系统主共振均方值的影响。结果表明,增大阻尼系数可以减小系统主共振的均方值;增大激励电压可以增大系统主共振的均方值;增大电阻可以减小系统主共振的均方值;增大随机扰动强度,极限环变化不大。