Birkhoff力学的研究进展

Birkhoff力学是Hamilton力学的一个自然发展,是分析力学发展的一个新阶段,它广泛应用于力学、物理学和工程.本文总结Birkhoff力学的形成和发展,特别是近二十年所取得的成就.首先,从Birkhoff的《动力系统》中的有关段落开始,叙述Birkhoff力学的起源.其次,叙述这个力学的基本原理——Pfaff-Birkhoff原理以及这个力学的基本方程——Birkhoff方程的形成和发展.第三,简述Birkhoff力学的一些专门问题,包括约束Birkhoff系统,Birkhoff方程的积分方法,Birkhoff动力学逆问题,Birkhoff方程的运动稳定性,Birkhoff系统的几何方法,Birkhoff系统的全局分析等.最后,对Birkhoff力学的未来研究提出一些建议.      

关于一阶Lagrange系统——————分析力学札记之十七

 讨论一阶非奇异和奇异Lagrange系统的方程, 以及它们与Birkhoff方程和广 义Hamilton方程的关系.     

一种Birkhoff形式下结构动响应问题的保辛中点格式

结构动响应预测是结构设计的基础,是结构振动控制、载荷识别的前提。本文在辛体系下针对结构动响应问题,提出了一种Birkhoff形式下的保辛中点格式。首先引入状态变量,并基于摄动方法将结构动响应方程转化为线性自治Birkhoff方程的形式,进一步利用中心差分推导出线性自治Birkhoff方程的中点格式,其证明是保辛的。该格式不要求Birkhoff方程系数矩阵非奇异,因此适用于奇数维系统。两个不同数值算例的结果充分验证了本文方法的卓越性,也凸显了相对于传统算法在计算精确度和稳定性方面的明显优势。     

判定非自治Birkhoff系统稳定性的广义组合梯度方法

研究判定非自治Birkhoff系统稳定性的广义组合梯度方法．首先,给出非自治Birkhoff系统和非自治广义Birkhoff系统的运动微分方程;其次,给出一类将广义梯度系统和广义斜梯度系统组合而成的广义组合梯度系统,并讨论广义组合梯度系统的一些性质;最后,将非自治Birkhoff系统和非自治广义Birkhoff系统在一定条件下表示成广义组合梯度系统,并用广义组合梯度系统的性质研究了这两类Birkhoff系统的稳定性．举例说明结果的应用．     

Birkhoff 系统稳定性的动力学控制

本文研究 Birkhoff 系统和广义 Birkhoff 系统平衡稳定性的动力学控制. 首先建立系统的运动方程和平衡方程. 其次,研究 Birkhoff 系统中控制参数出现在 Birkhoff 函数中平衡稳 定性的动力学控制. 方法是通过选取控制参数使得 Birkhoff 函数 $B$ 成为定号函数,而其时间导数 $\dot {B}$ 为与 $B$ 反号的常号函数. 再次,研究广义 Birkhoff 系统平衡稳定性的动力学控制,通过选取 Birkhoff 函数或附加项中包含控制参数的方法,使得 Birkhoff 函数是定号函数,而其时间导数为反号的常号函数,从而控制系统的平衡稳定性. 最后举例说明结果的应用.      

DYNAMICAL CONTROL OF STABILITY FOR BIRKHOFFIAN SYSTEM$^{\bf 1)}$

本文研究 Birkhoff 系统和广义 Birkhoff 系统平衡稳定性的动力学控制. 首先建立系统的运动方程和平衡方程. 其次,研究 Birkhoff 系统中控制参数出现在 Birkhoff 函数中平衡稳 定性的动力学控制. 方法是通过选取控制参数使得 Birkhoff 函数 $B$ 成为定号函数,而其时间导数 $\dot {B}$ 为与 $B$ 反号的常号函数. 再次,研究广义 Birkhoff 系统平衡稳定性的动力学控制,通过选取 Birkhoff 函数或附加项中包含控制参数的方法,使得 Birkhoff 函数是定号函数,而其时间导数为反号的常号函数,从而控制系统的平衡稳定性. 最后举例说明结果的应用.     

关于Birkhoff方程和Lagrange方程——分析力学札记之十六

 讨论Birkhoff方程和Lagrange方程的关系, 由Birkhoff方程可构造Lagrange方程, 反之, 由Lagrange方程可构造Birkhoff方程.     

Birkhoff系统的广义正则变换及其基本形式

动力学方程的积分问题是分析力学研究的一个重要方面．由于求解一般的动力学方程往往会遇到很大困难，因此可利用变量变换，使方程变得容易求解．文章研究Birkhoff系统的广义正则变换．首先，建立Birkhoff系统的广义正则变换的充分必要条件；其次，基于该条件，给出Birkhoff系统的广义正则变换的六种基本形式，导出每一种情况下新旧变量之间的变换关系．作为特例，文中给出Hamilton方程的正则变换．文末，给出算例以说明结果的应用．     

相对论Birkhoff系统的Noether理论

给出相对论Pfaff-Birkhoff原理和相对论Birkhoff方程。定义相对论Birkhoff系统的无限小变换生成元,根据在无限小变换下微分变分原理的不变性,得到相对论Birkhoff系统的Noether定理和Noether逆定理。最后出应用实例。     

用具有负定非对称矩阵的梯度系统构造稳定的广义Birkhoff系统1）

Birkhoff系统是一类比Hamilton系统更广泛的约束力学系统,可在原子与分子物理,强子物理中找到应用.非定常约束力学系统的稳定性研究是重要而又困难的课题,用构造Lyapunov函数的直接方法来研究稳定性问题有很大难度,其中如何构造Lyapunov函数是永远的开放问题.本文给出一种间接方法,即梯度系统方法.提出一类梯度系统,其矩阵是负定非对称的,这类梯度系统的解可以是稳定的或渐近稳定的.梯度系统特别适合用Lyapunov函数来研究,其中的函数V通常取为Lyapunov函数.列出广义Birkhoff系统的运动方程,广义Birkhoff系统是一类广泛约束力学系统.当其中的附加项取为零时,它成为Birkhoff系统,完整约束系统和非完整约束系统都可纳入该系统.给出广义Birkhoff系统的解可以是稳定的或渐近稳定的条件,进一步利用矩阵为负定非对称的梯度系统构造出一些解为稳定或渐近稳定的广义Birkhoff系统.该方法也适合其他约束力学系统.最后用算例说明结果的应用.     

Connection of first integrals with particular solutions of the nonsimultaneous variational equations for nonholonomic systems

In this paper, the nonsimultaneous variational equations of the nonholonomic mechanical systems are presented, and their solutions are studied. It is proven that, under some conditions, a particular solution of the nonsimultaneous variational equations can be obtained by using a first integral. At the end of the paper, an example is given to illustrate the applications of the results.     

FIRST INTEGRALS AND INTEGRAL INVARIANTS FOR VARIABLE MASS NONHOLONOMIC SYSTEM IN NONINERTIAL REFERENCE FRAMES

ＦＩＲＳＴＩＮＴＥＧＲＡＬＳＡＮＤＩＮＴＥＧＲＡＬＩＮＶＡＲＩＡＮＴＳＦＯＲＶＡＲＩＡＢＬＥＭＡＳＳＮＯＮＨＯＬＯＮＯＭＩＣＳＹＳＴＥＭＩＮＮＯＮＩＮＥＲＴＩＡＬＲＥＦＥＲＥＮＣＥＦＲＡＭＥＳＬｕｏＳｈａｏ－ｋａｉ（罗绍凯）（Ｓｈａｎｇｑｉｕ,Ｎｏｒ...     

Fractional generalized Hamiltonian equations and its integral invariants

In this paper, we present a new kind of fractional dynamical equations, i.e. the fractional generalized Hamiltonian equations, and study variation equations and the method of the construction of integral invariants of the system. Based on the definition of Riemann–Liouville fractional derivatives, fractional generalized Hamiltonian equations and its variation equations are established. Then, the relation between first integral and integral invariant of the system is studied, and it is proved that, using a first integral, we can construct an integral invariant of the system. As deductions of above results, a construction method of integral invariants of a traditional generalized Hamiltonian system are given. Further, one example of fractional generalized Hamiltonian system is given to illustrate the method and results of the application. Finally, we study the first integral and integral invariant of the Euler equation of a rigid body which rotates with respect to a fixed-point.     

Poincaré-cartan integral invariants of Birkhoffian systems

Based on modern differential geometry, the symplectic structure of a Birkhoffian system which is an extension of conservative and nonconservative systems is analyzed. An integral invariant of Poincaré-Cartan’s type is constructed for Birkhoffian systems. Finally, one-dimensional damped vibration is taken as an illustrative example and an integral invariant of Poincaré’s type is found.     

非完整系统的第一积分与其变分方程特解的联系

本文给出非完整系统的变分方程,研究它们的解,并证明在一定条件下可利用第一积分来得到变分方程的特解,最后举例说明其应用。     

The method of variation on parameters for integration of a generalized Birkhoffian system

This paper focuses on studying the integration method of a generalized Birkhoffian system.The method of variation on parameters for the dynamical equations of a generalized Birkhoffian system is presented.The procedure for solving the problem can be divided into two steps:the first step,a system of auxiliary equations is constructed and its general solution is given;the second step,the parameters are varied,and the solution of the problem is obtained by using the properties of generalized canonical transformation.The method of variation on parameters for the generalized Birkhoffian system is of universal significance,and we take a nonholonomic system and a nonconservative system as examples to illustrate the application of the results of this paper.     

Integral theory for the dynamics of nonlinear nonholonomic system in noninertial reference frames

This paper establishes the integral theory for the dynamics of nonlinearnonholonomic system in noninertial reference frame.Firstly,based on the Routhequation of the relative motion of nonlinear nonholonomic system gives the firstintegral of the system.Secondly,by using cyclic integral or energy integral reduces theorder of the equation and obtains generalized Routh equation and Whittaker equationrespectively.Thirdly,derives canonical equation and variation equation and by usingthe first integral constructs integral invariant.And then,establishes the basic integralvariants and the integral invariant of Poincare-Cartan type.Finally,we give a series ofdeductions.     

调和函数边界积分方程的充要条件

本文以调和函数的边值问题为例,探讨了边界积分方程的充要条件.文中首次提出了超定问题的概念,并建立了超定问题有解的一个充要条件,它也就是直接变量边界积分方程的一个充要条件.文中首次阐明了边界积分方程与变分原理的内在的联系,还指出了间接变量与直接变量两类边界积分方程之间存在着一一对应的关系.文中的慨念、思路和论点不难用于其它有变分原理的问题的边界积分方程.     

A FORM INVARIANCE OF CONSTRAINED BIRKHOFFIAN SYSTEM

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｏｆＢｉｒｋｈｏｆｆｉａｎｓｙｓｔｅｍｉｓａｎａｃｔｉｖｅｂｒａｎｃｈｉｎｔｈｅｍｏｄｅｒｎｃｌａｓｓｉｃａｌｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄａｍｏｄｅｒｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃｐｈｙｓｉｃｓ ,ａｎｄｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｑｕａｎｔｕｍｍｅｃｈａｎｉｃｓ,ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ ,ｂｉｏｌｏｇｉｃｐｈｙｓｉｃｓ,ｍｅｃｈａｎｉｃｓｏｆｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔａｎｄｓｏｍｅｆｉｅ…