周期激励下四维非线性系统的簇发共存现象

在一个周期激励的四维非自治系统中,当激励的频率远小于系统的固有频率时,系统表现出了两时间尺度的动力学行为.将激励项定义为慢变参数,激励系统可以转化为广义自治系统.分析了广义自治系统平衡点的稳定性及其分岔条件.应用快慢分析法和转换相图,探讨了系统对应于不同初始条件的簇发现象及其产生机制,并对其中多种簇发共存的形成机理进行了讨论.同时,由于慢过效应的存在,簇发振荡的激发态和沉寂态的连接点和理论分析中的分岔点相比存在一定的滞后现象.     

非线性电路的簇发现象及分岔机制

通过在立方非线性Hartley模型中引入交变的电流源,并选定适当的参数和激励频率,建立了具有快慢行为的两时间尺度周期激励电路系统．由Hopf分岔的产生条件,推导了对应自治系统Hopf分岔的第一Lyapunov系数解析表达式,并在数值计算中得到了验证．结合该系数,重点分析了系统中的快慢行为,给出了典型的周期簇发现象及其相应的分岔模式,并利用自治系统和转换相图从分岔角度指出了该种簇发现象的产生机理．     

时滞反馈与多频激励联合作用下Duffing振子的快慢动力学

研究了状态时滞反馈与多频混合激励联合作用下Duffing振子模型的非线性动力学.通过讨论特征方程根的分布情况,给出了时滞系统Hopf分岔条件,得到时滞量和反馈增益的分岔曲线,揭示了系统稳态解的共存与动力学转迁方式.结合数值算例,揭示系统在不同参数条件下的快慢动力学行为.结果表明,时滞量及其反馈增益可以显著影响系统的多尺度效应,调谐多频激励幅值亦可以改变快慢变流形的动态特性,从而使得Duffing振子产生不同振荡模式下的复杂动力学行为.     

非线性增益下半导体激光方程的动力学行为分析

分析了在非线性增益下各种因素对Lang-Kobayashi模型动力学行为的影响．由于时滞反馈的作用,系统中存在着不同的ECM解,Hopf分岔是这些ECM解失稳的主要原因,进而演化为各种形式的混沌解,不同吸引子之间的相互作用会引发混沌结构的突变,表现为混沌吸引子在空间尺寸上的明显变化,随着时滞量的变化,这些演化模式会重复出现．值得指出的是,在一定条件下,不同频率的两个ECM共存,其中之一会由Hopf分岔失稳,并由倍周期分岔进入混沌,最终通过混沌危机回到另一个稳定的ECM上．另外,随着非线性增益系数的变化,在极坐标下系统的概周期运动的两个频率相差很大,激光器呈现出明显的快慢效应．     

负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动研究

发展高维Melnikov方法研究含参非线性动力系统的多周期解分岔问题,并应用于研究负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动等复杂非线性动力学行为.通过建立曲线坐标与Poincaré映射,发展适用于四维含参非线性动力系统的Melnikov函数,获得系统多周期解的存在性及个数判定定理.将所得理论结果应用于研究面内激励与横向激励共同作用下负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动,获得系统周期轨道的存在性、个数及相应的参数控制条件.探讨横向激励系数对系统动力学行为的影响,得到在一定参数条件下,系统最多存在4个周期轨道,并利用数值模拟方法给出其相图构型,验证理论结果的正确性.     

一类金融市场模型的混沌控制

针对一类非线性金融市场模型,研究了其Hope分岔条件,在此基础上对系统的混沌行为进行了控制。首先利用谐波平衡法和分岔理论获得了系统Hope分岔的充分条件,然后采用周期激励法和恒定外激励法,将系统的混沌行为有效控制到稳定的周期轨道,并与金融市场相结合,说明混沌的产生与金融危机之间的关系,并由此得出为了防止金融危机的爆发,应该采取的相应的措施,并给出了相应的仿真。     

不可压缩超弹性球体中微孔运动的分岔和混沌

针对一类径向横观各向同性不可压缩neo Hookean材料组成的球体,研究了周期扰动载荷作用下球体中心处微孔的动力学行为.根据平衡微分方程和初边值条件等导出描述微孔径向对称运动的强非线性的非自治常微分方程,通过对微分方程解的定性分析,讨论了微孔的定性行为：(1) 在常值载荷作用下,讨论了材料参数和结构参数对系统平衡点的影响,特别分析了微孔的二次转向分岔;通过对系统势阱的分析,讨论了微孔在常值载荷作用下的周期和振幅跳跃现象.(2) 在周期扰动载荷作用下,利用时程曲线,Poincaré截面和最大Lyapunov指数分别讨论了二次转向分岔情形下微孔的拟周期和混沌运动,给出了系统产生混沌的条件,并进一步分析了周期扰动载荷对微孔混沌运动的影响.     

周期激励频率对蔡氏振子的动力学行为的影响

蔡氏振子在不同的参数条件下可以表现为两个共存的对称单涡卷周期振荡以及单个对称的双涡卷周期行为．两个对称的单涡卷周期振荡在周期外激励作用下，随着频率的变化，分别演化为两个对称的混沌吸引子，在混沌区域中存在着不同形式的周期窗口以及倍周期分岔过程．同时在低频激励下，两个对称的混沌吸引子会相互作用，形成扩大了的混沌吸引子，其相应的轨迹交替在两个混沌子结构上来回长时间逗留．而双涡卷周期行为在周期激励下，可以导致共存的两个对称的概周期振荡．它们之间经相互作用形成单个概周期解，进而演化为双涡卷混沌吸引子．     

基于Kelvin模型的粘弹性浅拱的动力稳定性

研究了外激励作用下非线性粘弹性浅拱的动力行为．通过达朗贝尔原理和欧拉一贝努利假定建立了浅拱的动力学控制方程,其中采用Kelvin模型来表示非线性粘弹性材料的本构关系,并利用Galerkin法将方程简化用于数值分析．分析了粘弹性材料参数、浅拱矢高、外激励幅值和频率对系统分岔和混沌等非线性动力学行为的影响,结果表明各种参数条件下系统的非线性动力特性十分复杂,周期运动、准周期运动和混沌运动窗口在一定条件下交替出现．     

一个经济周期模型的分岔与混沌

在Goodwin与Puu的宏观经济思想基础上,得到了一个推广的非线性动力学经济周期系统．首先用数值方法研究了此系统在特定参数条件下的全局分岔行为．然后结合最大Lyapunov指数,详细讨论了系统在分岔过程中动力学特征的转变．通过分析分岔图形发现在某些参数区间内倍周期分岔导致了混沌;在混沌区域内嵌有多个周期窗口;“加速数”值的增加可以促进经济的周期性运动．最后介绍了分岔和混沌分析得到的动力学性质对理解经济波动的应用．     

随机Duffing-van der Pol系统响应的Chebyshev多项式逼近

对一类含随机参数的Dulling-van der Pol系统,运用Chebyshev多项式逼近法,将其转化成等价的确定性扩阶系统;通过求解等价系统在谐和激励下的稳态响应,可得Duffing-van der Pol系统相应的稳态随机响应,研究了当谐和激励的振幅变化时,含随机参数的Dulling-van der Pol系统的对称破裂分岔和倍周期分岔．数值模拟结果与数值解比较表明：正交多项式逼近法能有效地解决此类非线性随机动力系统的响应问题．     

基于最大Lyapunov指数的行星齿轮传动系统混沌特性分析

为了分析行星齿轮系统的混沌特性,基于集中参数理论,考虑时变啮合刚度、齿隙和综合啮合误差等非线性因素,建立行星齿轮系统扭转振动模型.采用Runge-Kutta数值解法求解振动方程,利用分岔图和最大Lyapunov指数图分析系统随各种参数变化的分岔与混沌特性.数值仿真得出:随激励频率的增加,系统首先从周期运动进入阵发性混沌,再通过逆倍化分岔由混沌回到周期运动,之后再次通过跳跃激变和倍化分岔由周期运动进入混沌运动,最后通过逆倍化分岔稳定到1周期运动.随阻尼比的增加,系统通过逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.随综合啮合误差幅值、齿隙和刚度幅值分别增加的三种情况下,系统都是通过倍化分岔由周期运动进入混沌运动.随荷载的增加,系统通过跳跃激变和逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.以上分析结果可为行星齿轮系统参数设计提供理论依据.     

受两个频率激励和皮带驱动的具有干摩擦的振子的动力学分析

一个可调节速度的皮带驱动的干摩擦振子系统,设其干摩擦力大小是常值且两个激励频率是谐调的,本文对这个简单的力学模型进行了研究,分析了Filippov系统中可能出现的四种余维-1sliding分岔并给出数值模拟.分析表明：该系统具有极其丰富的sliding分叉现象,较小的激励频率易引起非光滑分岔现象.     

带集中质量复合材料层合屈曲梁参激振动的研究

基于欧拉梁理论,运用Reissner变分原理,导出了轴向周期激励下一端固定一端夹支,带集中质量的复合材料层合屈曲梁的非线性动力学控制方程.利用模态截断,对系统非线性偏微分控制方程进行Galerkin积分,并用四阶龙格-库塔法数值研究了主共振下梁随激励幅值变化的分岔图,讨论了集中质量大小和位置对系统一阶频率和倍周期分叉的影响,结果表明,外激励幅值及集中质量的大小和位置会对带集中质量的屈曲梁的动力学行为产生重要影响.     

Bifurcation analysis of a nonlinear coupled pitch–roll ship

The response of a two-degree-of-freedom system with quadratic coupling under a modulated amplitude sinusoidal excitation is studied and solved. The method of multiple scale perturbation technique is applied to obtain the bifurcation response equation near the combination resonance case in the presence of internal resonance of this system. The main attention is focused on the stability of the periodic solution and dynamical properties of local bifurcations of this system. The numerical solution and the effects of some parameters on the vibrating system are investigated and reported in this paper.     

两自由度齿轮传动系统全局动力学研究

齿侧间隙的存在,使齿轮传动系统存在着丰富的非线性动力学行为.考虑两自由度齿轮传动系统的动力学模型,利用数值方法分析系统的分岔和混沌动力学行为.通过简单胞映射方法对非线性齿轮系统进行全局分析,得到系统的吸引子,吸引域等全局特性.结果显示:随着激振频率的变化,系统存在多个周期解共存以及周期解与混沌运动共存现象.最后利用系统的相轨线图与庞加莱截面图进行对比分析,在不同的初值条件下,系统呈现出不同的周期运动或混沌运动.利用简单胞映射方法的数值计算结果可以实现在不良参数条件下,通过合理控制系统的初值条件而获得理想的系统响应.     

Coding of temporally varying signals in networks of spiking neurons with global delayed feedback

Oscillatory and synchronized neural activities are commonly found in the brain, and evidence suggests that many of them are caused by global feedback. Their mechanisms and roles in information processing have been discussed often using purely feedforward networks or recurrent networks with constant inputs. On the other hand, real recurrent neural networks are abundant and continually receive information-rich inputs from the outside environment or other parts of the brain. We examine how feedforward networks of spiking neurons with delayed global feedback process information about temporally changing inputs. We show that the network behavior is more synchronous as well as more correlated with and phase-locked to the stimulus when the stimulus frequency is resonant with the inherent frequency of the neuron or that of the network oscillation generated by the feedback architecture. The two eigenmodes have distinct dynamical characteristics, which are supported by numerical simulations and by analytical arguments based on frequency response and bifurcation theory. This distinction is similar to the class I versus class II classification of single neurons according to the bifurcation from quiescence to periodic firing, and the two modes depend differently on system parameters. These two mechanisms may be associated with different types of information processing.     

四边简支矩形薄板的双Hopf分岔分析

基于奇异性理论,研究了主参数共振-1∶3内共振情形下参数激励与外激励联合作用下四边简支矩形薄板的双Hopf分岔问题.考虑弱阻尼和弱激励的情形,得到了四边简支矩形薄板的分岔方程,给出了四边简支矩形薄板在参数平面μ-σ1上的分岔图.对参数激励与外激励联合作用下四边简支矩形薄板的阻尼系数、外激励、参数激励以及调谐参数进行不同的取值,通过数值模拟得到了四边简支矩形薄板平衡解将发生Hopf分岔,并分岔出周期解,薄板系统的非线性振动形式为周期运动.当四边简支矩形薄板的参数满足给定条件时,我们得到薄板的1∶3共振双Hopf分岔.随后,四边简支矩形薄板将会呈现概周期振动.     

慢变参数激励Duffing系统中的延迟分岔现象及其诱发的簇发振荡

研究了慢变参数激励下Duffing系统的动力学行为.由于慢变参数激励可以周期性地穿越叉型分岔点,周期性的延迟分岔行为可能会发生.探讨了延迟分岔的动力学特性,尤其是基于此产生的簇发振荡.指出了延迟分岔现象所形成的稳定慢流形之间的滞后环是系统中可以观测到簇发振荡主要原因.此外,还分析了初始时间对延迟行为的延迟时间的影响.研究表明,首次延迟行为依赖于系统的初值.但是,随后发生的延迟现象与系统初值无关.