周期外力对频率涨落的过阻尼谐振子所作的功和能量随机共振

研究了周期外力对频率涨落的过阻尼谐振子系统作功的特点. 结果揭示了瞬时功率随时间的周期变化出现不对称性. 研究结果还揭示周期外力一个周期对系统所做的功随乘法噪声强度的变化出现非单调行为, 系统是否出现能量随机共振与抑制并存, 由乘法噪声与加法噪声之间互关联的符号决定. 关键词： 过阻尼谐振子 频率涨落 周期外力作功 能量随机共振与抑制     

含记忆阻尼函数的周期势系统随机共振

研究了外部周期信号和内部噪声共同激励下,含记忆阻尼函数的周期势系统的随机共振.针对具有多稳态特征的周期势系统,推导出适用于一般多稳态模型的系统响应振幅和功率谱放大因子.研究结果表明,功率谱放大因子随温度的变化曲线出现单峰,说明含记忆阻尼函数的周期势系统存在随机共振现象,并且系统的记忆特性和稳态点数量对共振行为有着显著影响.此外,利用随机能量法进一步分析了系统的随机共振现象,发现共振效应随着记忆时间的增加先减弱再增强.在适当的温度条件下,存在最优记忆时间可以最大化外部周期力对系统所做的功.     

Lévy噪声与周期力共同驱动下的螺旋波动力学

研究加性Lévy噪声与周期外力对FitzHugh-Nagumo可激系统中螺旋波动力学行为的影响.螺旋波波头的运动随外力周期在一定范围内呈规则变化,该规则变化可用相应的傅立叶谱理解,维持该规则变化的是锁频行为.Lévy噪声序列中包含着小概率的大尺度噪声,螺旋波波头运动改变主要来自于它们的影响,本文指出Lévy噪声对波头运动的影响也依赖于外力周期的取值.在适当的参数取值下,Lévy噪声的存在也能导致螺旋波的消失,这为螺旋波的控制、消除提供了一种方法.分析了系统周期与外力周期的锁定行为,给出了不同噪声强度下的Arnold舌,指出随机共振行为的存在.     

双稳系统的随机能量共振和作功效率

分析了处于双稳系统中的布朗粒子与外界的周期性外力和热随机力的功、热交互作用,建立了基于Langevin方程的随机能量平衡方程.围绕着受周期力、随机力和阻尼力共同作用的Langevin方程,采用动力学和非平衡热力学相结合的方法,从以"力"为立足点转到以"能量"为研究核心,深入分析了布朗粒子沿单一轨线运动时系统与环境之间的能量交换和作功效率,揭示了双稳系统的随机能量共振现象. 关键词： 双稳系统 随机能量共振 作功效率     

四稳系统的双重随机共振特性

提出了一类8次势函数并讨论了其分岔特性,得到由左、右2个小尺度双稳势和中间势垒构成的对称四稳系统.建立了在周期力和随机力共同作用下四稳系统输出响应的近似解析表达式,并从能量角度引入功这一过程量来刻画大、小不同尺度双稳势之间的作功能力,发现四稳势中存在着双重随机共振现象.理论分析与数值仿真结果表明,当中间势垒高度大于左右2个小尺度双稳势的势垒高度时,四稳系统的响应随着噪声强度的变化由束缚在小尺度双稳系统中做小幅振动转变为跨越中间势垒的大幅振动,功随噪声强度的变化出现了双峰曲线,存在着双重随机共振,且小尺度随机共振能增强大尺度随机共振的效应.     

外部信号驱动下胶原粒子在谐振势场中的协作效应

基于朗之万方程研究了一个运动在简谐势场中胶原粒子的热力学行为，给出了其在周期信号驱动下的有效温度和耗散功的解析表达式.结果表明：外部周期搅拌能够聚合环境热能传递给胶原粒子，使其有效温度大幅度增加，这是势场、外部信号及噪声的协作机理所引起；但是在共振条件下，外界所作的耗散功也达到极大. 关键词： 耗散功 有效温度 周期信号 协作效应     

信号调制下色噪声间关联的周期调制对单模激光随机共振的影响

在色噪声间的关联程度受时间周期调制的激光系统中，研究噪声受信号调制情况下的随机共振.用线性化近似的方法计算了光强关联函数及信噪比.具体讨论信噪比随噪声强度、噪声自关联时间、信号频率以及时间周期调制频率的变化关系.发现一种新的随机共振：信噪比随时间周期调制频率的变化出现周期振荡型随机共振；发现广义随机共振：信噪比随抽运噪声自关联时间的变化、随信号频率的变化出现随机共振；同时也存在典型的信噪比随噪声强度的变化而出现的随机共振.而信噪比随量子噪声自关联时间的变化表现为抑制. 关键词： 信号调制 时间周期调制 噪声间关联程度 周期振荡型随机共振     

二值噪声激励下欠阻尼周期势系统的随机共振

研究了二值噪声和周期信号共同激励下欠阻尼周期势系统的随机共振. 利用随机能量法计算了系统的平均输入能量和平均输出信号的振幅和相位差, 讨论了二值噪声对随机共振的影响. 发现随着噪声强度的增大, 平均输入能量曲线存在一个极小值和一个极大值, 系统出现先抑制后共振的现象; 同时, 系统信噪比曲线随噪声强度的增加出现单峰现象, 说明系统存在随机共振现象.     

分数阶非对称耦合系统在对称周期势中的定向输运

在没有外力且周期势对称的情况下,对非对称耦合粒子链的运动,以具备更强刻画能力的分数阶微积分理论建立了分数阶模型,对其定向输运现象进行针对性研究,采用分数阶差分法进行数值求解并分析系统参数对定向输运速度的影响.相应仿真表明,分数阶非对称耦合系统在没有外力和噪声驱动的情况下仍能产生定向输运,且输运速度随阶数的增大而增大;当阶数固定时,粒子链平均速度随耦合强度和势垒高度非单调变化;当系统存在噪声时,粒子链平均速度出现了广义随机共振现象,且通过调节其他参数,可使得系统对噪声免疫甚至使噪声促进定向输运.     

噪声交叉关联强度的时间周期调制对线性过阻尼系统的随机共振的影响

针对由加性、乘性噪声和周期信号共同作用的线性过阻尼系统, 在噪声交叉关联强度受到时间周期调制的情况下,利用随机平均法推导了系统响应的信噪比的解析表达式. 研究发现这类系统比噪声间互不相关或噪声交叉关联强度为常数的线性系统具有更丰富的动力学特性, 系统响应的信噪比随交叉关联调制频率的变化出现周期振荡型随机共振, 噪声的交叉关联参数导致随机共振现象的多样化.噪声交叉关联强度的时间周期调制的引入有利于提高对微弱周期信号检测的灵敏度和实现对周期信号的频率估计. 关键词： 随机共振 周期振荡型共振 噪声交叉关联强度 信噪比     

Fluctuations and dissipations in stochastic energetic resonance

By analyzing the fluctuations and dissipations of a Brownian particle colliding with the molecules in a fluid, the work exchanged between the Brownian particle constrained in a bistable potential well and an external periodic force is investigated. Characters of the stochastic energetic resonance are found and studied at different intensities of fluctuations and dissipations. The microscopic mechanism of energy exchange between the Brownian particle and the external force is revealed. The method used in this study provides a novel way of controlling the stochastic energetic resonance.     

Escape process and stochastic resonance under noise intensity fluctuation

We study the effects of noise intensity fluctuations on the stationary and dynamical properties of an overdamped Langevin model with a bistable potential and external periodical driving force. We calculated the stationary distributions, mean-first passage time (MFPT) and the spectral amplification factor using a complete set expansion (CSE) technique. We found resonant activation (RA) and stochastic resonance (SR) phenomena in the system under investigation. Moreover, the strength of RA and SR phenomena exhibit non-monotonic behavior and their trade-off relation as a function of the squared variation coefficient of the noise intensity process. The reliability of CSE is verified with Monte Carlo simulations.     

力与耦合系统的交互作用和随机能量共振

外界对系统作功的过程就是系统状态发生变化的过程.根据Langevin方程的随机动力学特性,采用微观动力学和宏观热力学方法,建立了基于单一随机轨线的耦合双稳系统的热力学关系.通过力与耦合系统的功交互作用定量地刻画了能量的传递和转换关系,揭示了耦合系统中存在着的随机能量共振现象.从作功与能量的关系进行分析,进一步揭示了随机共振产生的物理本质. 关键词： 耦合双稳系统 随机热力学 随机能量共振 功     

非平衡功与自由能差的关系

以一个受迫谐振子为对象证明了Jarzynski等式,即两平衡态的自由能差可以用它们之间非平衡功的指数平均来表示,这里两个态的转换是在有限时间完成的.当外部驱动力是一个周期信号时,发现外界对系统所做的广义功存在一个共振现象.     

外加正弦驱动力抑制一类分段光滑系统的混沌运动

针对含间隙碰撞振动的机械系统由于参数的改变，产生分叉和混沌运动，造成原稳定运行的系统产生异常振动时的故障消除方法展开研究.用外加正弦驱动力抑制混沌运动.提出了一种外加驱动力参数调节算法.该算法以原系统稳定运行时的可测状态量为希望目标，根据实际输出与希望目标的误差值，实时产生并逐步微调节至所需外加驱动力.通过对一个典型含间隙往复碰撞模型的数值仿真，检验了该方法的有效性. 关键词： 混沌抑制 碰撞振动 间隙 机械系统     

外力驱动下耦合弹簧振子的法诺共振

法诺共振是物理体系中普遍存在的一种非对称共振现象,它最早起源于量子物理,其微观图像是原子谱线中窄的分离态与宽的连续态之间的相干干涉.本文利用经典力学体系中两个弹簧振子的耦合,使其中一个弹簧振子受到周期性外力的驱动,成功类比了量子力学中的法诺共振现象.通过分析每个弹簧振子的动力学方程,严格求解它们的振动公式,从而得到每个弹簧振子的振幅和位相与外部驱动力频率之间的关系.结果表明,耦合体系中受外力驱动的那个弹簧振子既可以发生非对称的法诺共振,又可以发生对称的洛仑兹共振,而另一个弹簧振子只能发生洛仑兹共振.本文的推导与分析能够使读者更好地理解法诺共振现象及其激发条件.     

Control of effective potential minima for Kapitza oscillator by periodical kicking pulses

Here we propose the modification of Kapitza procedure of averaging to control the effective energy minima of the oscillator driven by periodical external field. We demonstrate the effect of control with relatively low frequency of the field of oscillation to compare with sin- or cos-periodical force.     

Resonance and antiresonance characteristics in linearly delayed Maryland model

The Maryland model is a critical theoretical model in quantum chaos. This model describes the motion of a spin-1/2 particle on a one-dimensional lattice under the periodical disturbance of the external delta-function-like magnetic field. In this work, we propose the linearly delayed quantum relativistic Maryland model (LDQRMM) as a novel generalization of the original Maryland model and systematically study its physical properties. We derive the resonance and antiresonance conditions for the angular momentum spread. The "characteristic sum" is introduced in this paper as a new measure to quantify the sensitivity between the angular momentum spread and the model parameters. In addition, different topological patterns emerge in the LDQRMM. It predicts some additions to the Anderson localization in the corresponding tight-binding systems. Our theoretical results could be verified experimentally by studying cold atoms in optical lattices disturbed by a linearly delayed magnetic field.