低频参激下具有分布时滞分数阶Duffing系统的振动分析

针对受到低频参激和低频外激驱动且包括分布时滞的分数阶Mathieu-Duffing系统,该文研究了在任意分数阶谐波共振下的振动机理。在数值格式方面,该文采用一种基于Caputo导数定义的精确数值算法,将传统振动系统中的渐进解析分析方法拓展到分数阶振动系统,从理论上给出了各谐振频率处稳态响应幅值的统一解析结果,以揭示低频参激对共振频率项的影响机制,并给出2种参激频率影响模式。研究发现,外激频率会引起系统稳态响应幅值的鞍节分岔现象,在数值结果中呈振幅跳变现象,确定了由分数阶阻尼阶次诱导的三重鞍结分岔现象。此外,该文进一步考虑将分布时滞参数作为控制参数,成功预测并验证了由时滞强度系数诱导的跨临界分岔现象。     

分数阶Duffing振子的组合共振

研究了2个谐波激励作用下含分数阶微分项的Duffing振子的一类组合共振,利用多尺度法得到了2ω1+ω2型组合共振的一次近似解析解,分析了定常解的稳定性。应用奇异性理论研究了幅频响应分岔方程,得到了开折参数平面的转迁集和所有区间上分岔曲线的拓扑结构。最后通过数值仿真分析了系统参数对组合共振幅频响应的影响。研究表明:分数阶微分项即具有阻尼特性又具有刚度特性,选择合理的分数阶微分项参数可以有效改善系统的响应特性。     

一类分数阶分段光滑系统的非线性振动特性

分析了一类含分数阶的单自由度分段光滑系统的振动特性。建立了单自由度分数阶分段光滑系统的数学模型,采用平均法得到了系统的周期解,并与数值解进行了对比,二者吻合效果较好。分析了周期解幅频响应的跳跃现象及可能出现的鞍结分岔与擦边分岔,并利用数值仿真着重研究了分段刚度与阻尼、分数阶系数与阶次、分段间隙等参数对幅频响应及其稳定性的影响。基于奇异性理论对分岔方程进行了分析,得到了转迁集和系统分岔图,从而反映出该系统在不同参数区间的振动特性。     

基于Melnikov方法的分数阶Duffing振子混沌阈值解析研究

研究了含有分数阶微分项的Duffing振子的分岔与混沌行为,利用等效刚度和等效阻尼的概念对分数阶微分项进行处理,将分数阶微分项等效成三角函数与指数函数的形式,用Melnikov方法分析了分数阶Duffing振子产生分岔与混沌的必要条件,得到了其解析结果。进行了解析解和数值解的比较,证明了解析结果的精确度,并通过仿真计算研究了分数阶的阶次和系数对系统产生混沌必要条件的影响。在数值模拟过程中,还发现分数阶Duffing振子中存在双稳态特性,从两个稳态解出发,随着外激励参数的变化都能通过倍周期分岔到达混沌的状态。通过分析系统的动力学响应验证了这一现象。     

广义分数阶van der Pol-Duffing振子的动力学响应与隔振效果研究

用平均法研究了含分数阶导数项的van der Pol-Duffing振子的动力学行为和力传递率.得到了主共振时振子的一阶解析解、定常解幅频曲线和相频曲线的解析表达式,进一步通过与数值解作对比,验证了解析解的正确性,分析了不同参数对幅频曲线和力传递率的影响.结果 表明:解析解与数值解吻合良好;在无量纲情况下,共振区分数阶...     

时滞反馈对三稳态van der Pol系统稳态概率密度的影响

利用时滞反馈调节系统随机响应特征是随机动力学与控制重要的课题之一。为解决多稳态随机系统的控制器参数设计问题,针对加性噪声激励下的三稳态van der Pol系统,研究了时滞差分反馈对系统稳态概率密度的影响。利用随机平均法得到系统幅值稳态概率密度函数的解析表达式,随后分别讨论了给定噪声强度情况下时滞和反馈强度对系统稳态概率密度的影响。结果表明,反馈强度和时滞变化均能使系统稳态概率密度曲线的拓扑结构发生改变,从而调节系统稳态响应的幅值分布;转迁集计算的结果对控制参数选择有直接指导作用。     

分数阶van der Pol-Mathieu方程的动力学分析EI北大核心CSCD

以含分数阶微分项的van der Pol-Mathieu方程为对象,研究了谐波激励作用下主共振的动力学行为和稳定性。采用平均法得到了方程近似解析解,通过数值方法验证了解析结果的准确性。建立了系统稳态响应的幅频方程,利用Lyapunov第一方法得到定常解的稳定条件,确定解的稳定性。在此基础上,分析了参激项、自激项以及分数阶微分项参数对系统幅频特性的影响。结果表明:改变参激项系数主要影响系统的响应幅值和共振频率范围;改变自激项系数主要影响系统响应幅值和多值性;改变分数阶微分项系数和阶次对系统的动力学行为具有双重调节的作用。     

单边碰撞分数阶Rayleigh振子的随机P-分岔EI北大核心CSCD

基于非光滑变换和随机平均法分析了随机激励下含有分数阶微分的Rayleigh振子碰撞振动系统的随机P-分岔问题。基于Caputo定义计算了分数阶导数,将分数阶微分等效为相应的阻尼力与恢复力,并用非光滑变换将原系统等效为一个新的不含速度跳的系统;基于随机平均法建立了随机伊藤方程,得到了随机响应的Markovian近似,进而计算出系统的概率密度函数及其稳态解;引入突变理论推导出随机P-分岔的临界参数条件表达式,并分析了分数阶系数、分数阶阶次、恢复系数等主要参数对分数阶Rayleigh振子碰撞系统发生分岔的影响。     

分数阶Duffing振子的亚谐共振

研究了含分数阶微分项的Duffing振子的亚谐共振,利用平均法得到了系统的一阶近似解。提出了亚谐共振时等效线性阻尼和等效线性刚度的概念,分析了分数阶微分项的系数和阶次对系统动力学特性的影响。建立了亚谐共振定常解的幅频曲线的解析表达式,并得到了亚谐共振周期响应的存在条件和稳定性判断准则。最后进行了数值解和解析解的比较,证明了解析结果的准确性,并通过数值仿真研究了分数阶微分项的参数对亚谐共振解的存在条件、稳定性条件和系统幅频曲线的影响。     

分段线性减振系统的防跳跃及减振性能

为分析一类单自由度分段线性减振系统性能。先用平均法求得系统在主共振激励下的幅频响应方程,并基于约束分岔理论计算转迁集。再定性地分析转迁集各区域系统的幅频响应类型,得到避免跳跃的参数临界条件。数值计算验证了理论分析的可靠性。此外还讨论了阻尼比和激励幅值在非跳跃参数区域变化时,对系统力传递率及系统幅频响应峰值点力传递率的影响。研究结果证明较小激励情况下,阻尼比越大,减振系统的抗振动性能越好。     

非线性弹性地基上矩形薄板的非线性振动与奇异性分析

研究非线性弹性地基上小挠度矩形薄板的非线性振动，应用弹性力学理论建立非线性弹性地基上小挠度矩形薄板受简谐激励作用的动力学方程，利用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程。根据非线性振动的多尺度法求得系统主参数共振-主共振情况的一次近似解，并进行数值计算。分析了阻尼系数、地基系数、激励参数等对系统主参数共振-主共振的影响。系统主参数共振-主共振曲线均具有跳跃现象。随着阻尼、地基系数的改变，系统响应曲线具有“类软刚度特征”。随着参数激励幅值的改变，系统响应曲线具有“类硬刚度特征”。应用奇异性理论得到系统主参数共振-主共振稳态响应的转迁集和分岔图。     

分数阶Brusselator振子的簇发振动与分岔

由于催化剂的存在,Brusselator振子是典型的多尺度耦合系统,即常常存在激发态和沉寂态耦合的簇发振动行为。考虑分数阶Brusselator系统的催化过程受到外部周期扰动下的情形,这使系统的非线性行为更加复杂。根据分数阶系统稳定性理论进行了双参数分岔分析,讨论了Hopf分岔的充分条件。发现系统存在一条奇线,利用中心流形定理和数值模拟验证了该奇线的稳定性。探讨了分数阶阶次对簇发振动的影响,通过分数阶阶次与慢变参数的双参数分岔图,发现分数阶阶次与激发态时间长短密切相关,即降低分数阶阶次,可以缩短激发态时间,从而增加沉寂态的时间。研究还发现扰动幅值的变化直接影响快子系统的吸引子类型,当激励幅值较大时,快子系统涉及到两种吸引子,沉寂态和激发态并存;当激励幅值较小时,快子系统涉及一种吸引子,沉寂态基本消失。     

分数阶非线性隔振系统的超谐波共振与周期运动转迁规律分析

针对具有非线性和黏弹性的隔振系统采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征。将分数阶项等效成三角函数的形式，采用高阶谐波平衡法求解系统的稳态响应并结合多种方法对结果进行比较，数值模拟系统在低频区的动力学响应，采用Floquet理论对系统分岔类型进行判定，揭示了分数阶项对系统动力学响应的影响。研究结果表明，高次超谐波不仅存在跳跃现象且相邻次数超谐波转迁过程中存在周期运动多样性。数值模拟过程中还发现系统存在周期运动和混沌共存的现象，并总结了多态共存区域及其相邻区域的运动规律。     

时滞反馈下分数阶Rayleigh系统的稳定性分析EI北大核心CSCD

该研究主要探讨了时滞反馈下分数阶Rayleigh系统的稳定性和Hopf分岔发生的条件。首先,得到具有线性速度反馈的分数阶Rayleigh系统的平衡点渐近稳定的充要条件,发现它不仅与反馈增益有关,还与分数阶阶次有关。其次,以时滞作为分岔参数,对具有线性时滞速度反馈的分数阶Rayleigh系统进行稳定性分析。在一定条件下,计算出时滞的临界值,当时滞参数小于该值时,平衡点是稳定的;当时滞参数大于该值时,平衡点是不稳定的。进而,得到Hopf分岔发生的条件。最后,选取三组系统参数进行数值模拟,验证了所得理论结果的正确性。     

外激与参激作用下非光滑形状记忆合金梁的概率响应

研究了非光滑形状记忆合金梁受外激与参激作用下的概率响应及分岔现象。利用非光滑变换得到与原系统等效的近似系统,应用随机平均法和随机微分方程理论知识,推导出相应的平均Fokker-Planck-Kolmogorov方程;通过非光滑逆变换得到近似系统的解析结果,并结合数值仿真对解析结果进行了验证;利用稳态响应的极值条件,进一步得到了系统发生随机分岔的临界条件,并验证了临界条件的正确性,使得随机分岔有了更加直观的预测结果。结果表明,阻尼系数以及碰撞恢复系数都可诱导系统发生随机分岔,并得到了系统产生分岔的参数临界值。     

分数阶单自由度线性振子双侧对称碰撞振动分析

基于含分数阶微分的单自由度线性双侧刚性碰撞模型,研究了双侧对称碰撞振动系统在简谐激励下的稳定性和分岔行为。利用平均法得到分数阶线性系统的等效刚度和等效阻尼,获得碰撞振动的稳态解;利用迭代法得到更精确的瞬态固有频率,从而获得碰撞振动的瞬态解。在此基础上,得到了双侧对称碰撞振动系统的近似解析解。根据近似解析解,分析了对称n-1-1周期运动的存在条件,并利用Poincaré映射研究了n-1-1周期运动的稳定性。详细分析了当外界激励频率、分数阶阶次和间隙变化时系统的分岔行为。分析结果表明,在双侧对称分数阶振动碰撞系统中,存在着擦边分岔、音叉分岔、倍周期分岔和混沌运动。     

一类半主动控制非线性系统的动力学分析

对一类采用半主动控制的非线性系统进行了解析研究。利用平均法得到了该系统在主共振情况下的一阶近似解,并通过奇异性理论在系统的激励幅值和频率调谐量构成的参数空间中对分岔模式进行了分类,表明系统的响应为双翼尖点分岔的普适开折。研究结果证明,该方法不但可以分析半主动控制系统的动力响应,还可以得到该系统的各种分岔行为,从而可用于这一类半主动控制非线性系统的动态分析和控制。     

具有随机特征频率和延迟核函数的分数阶线性振荡器中的随机共振

研究了具有延迟核函数和随机特征频率的分数阶线性振荡器中的随机共振(stochastic resonance,SR)现象。基于线性系统理论,利用拉普拉斯变换,推导出了分数维振荡器系统输出幅度(system output amplitude,SOA)的解析表达式。分析表明,SOA是核函数延迟时间的周期函数。在SOA与噪声相关率、噪声幅值、分数维数的关系曲线上都发现了随机共振现象。分析了SOA与系统参数及噪声稳态概率间的非单调依赖行为。     

参数异变性对非线性轴向加速梁系统横向振动特性的影响EI北大核心CSCD

分析了多参数(轴向平均速度、速度扰动幅值、黏滞阻尼、速度扰动频率)变化对非线性轴向加速梁横向振动特性的影响。在速度扰动幅值-速度扰动频率的双参平面内,通过数值方法得到了非线性轴向加速梁系统的分岔图和Poincaré映射图。确定了系统出现周期振荡和混沌振荡的参数区域,分析了出现鞍结分岔、倍化分岔的转迁规律。在双参平面内找到了使得轴向加速梁系统保持单周期稳态运动的区域,为非线性轴向加速梁结构的设计和优化提供了一定的参考。     

具有分数导数本构关系的粘弹性浅拱的非线性动力学行为

利用分数导数本构模型描述材料的粘弹性特性,建立了粘弹性浅拱在横向荷载作用下的动力学方程。利用Galerkin截断法并结合边界条件分别得到了一阶和二阶Galerkin系统的控制微分方程。通过数值计算,分析了简谐激励下一阶Galerkin系统的非线动力学行为。研究表明:随着外激励幅值的变化,粘弹性浅拱系统可以通过倍周期分岔或阵发性两条路径进入混沌;固定外激励幅值、频率以及阻尼系数等状态参数,不同初始条件下,系统可以出现多周期解共存、周期解与混沌解共存的现象。