有界随机噪声激励下碰撞系统的最大Lyapunov指数

为了研究单自由度线性单边碰撞系统在有界随机噪声参数激励下的最大 Lyapunov 指数和稳定性问题,用 Zhuravlev 变换将碰撞系统转化为连续的非碰撞系统,然后用随机平均法得到了关于慢变量的随机微分方程。在没有随机扰动的情形下,给出了系统最大Lyapunov指数的值;在有随机扰动的情形下,通过求解FPK方程得到了系统的不变测度和最大Lyapunov指数的解析表达式。研究结果表明：随着系统阻尼项、有界随机噪声带宽、碰撞恢复系数的减少和有界随机噪声振幅的增大,最大Lyapunov指数增加;当随机激励的中心频率等于系统固有频率的两倍时,系统的Lyapunov指数达到最大,从而使系统变得更不稳定。根据系统的Lyapunov指数得到了系统稳定的充分必要条件,即当Lyapunov指数大于零时系统几乎必然不稳定,而当Lyapunov指数小于零时系统几乎必然稳定,Lyapunov指数等于零为系统的稳定性分叉点,并讨论了相应的稳定性分叉问题。     

窄带随机噪声激励下多自由度非线性系统的响应

在随机振动的研究中，研究较多的是系统在宽带噪声作用下的响应问题，对于非线性系统特别是多自由度非线性系统在窄带随机噪声作用下的响应问题则研究较少。本文研究了三自由度非线性系统在窄带随机噪声激励下的主共振响应和稳定性问题。用多尺度法分离了系统的快变项，给出了系统响应的振幅和相位角满足的方程。用摄动法讨论了系统随机项对系统响应的影响。当随机扰动较小时，在一定的参数范围内，对应于不同的初值，系统具有两个均方响应值，随机饱和现象也存在。当随机扰动增大时，系统可从一个大的响应突跳为一个小的响应，或从一个小的响应突跳为一个大的响应，即存在随机跳跃现象。数值模拟表明本文提出的方法是有效的。     

Duffing系统的主--亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.     

Duffing 系统的主-亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.      

非线性时滞反馈控制系统超谐共振分析

采用增量谐波平衡法求解了非线性时滞微分方程的超谐共振解,研究了时滞、反馈控制增益、激励幅值、非线性项系数等系统参数对系统超谐共振响应的影响,分析了超谐共振响应随系统参数变化的规律。结果表明:三次谐波与一次谐波振幅的比值随时滞量呈周期性变化;反馈控制增益对系统超谐共振的影响与非线性项系数和激励幅值有关;随着非线性项系数和激励幅值的不断增大,三次谐波项与一次谐波项振幅的比值都是先增大后减小,而且减小的趋势逐渐减弱;一次谐波成份在振幅中占主导地位。     

随机ARNOLD系统的稳定性与分叉

本文详细讨论了当ｎ＝２时Ａｒｎｏｌｄ系统在小强度的随机参数激励扰动下，系统的运动稳定性及分叉。为了研究系统响应的统计特性，本文使用了Ｍａｒｋｏｖ近似技巧。在线性系统的情形，给出了系统矩稳定及样本稳定的充分必要条件。在非线性情形，本文的结果表明随机扰动可使系统的分叉点发生漂移     

有界随机噪声激励下一类非线性系统的共振与饱和现象

研究了二自由度非线性系统在有界随机噪声激励下,系统响应的共振与随机饱和现象。用多尺度法分离了系统的快变项,用线性化方法求出了系统响应幅值的一、二阶矩,并给出了系统优化设计的一些建议。数值模拟表明本文提出的方法是有效的。     

基于非线性谐振电路的双稳态俘能器的俘能与动力学特性研究

双稳态俘能器可实现宽频和高效的俘能效果.目前的研究主要在双稳态结构中接入单一电阻电路进行俘能.本文将非线性RLC (电阻-电感-电容)谐振电路引入到三弹簧式双稳态结构中,构建两自由度非线性系统,以实现俘能特性的提升.设计永磁体与线圈的构型,获得了非线性机电耦合系数.推导并得到了两自由度非线性俘能器的控制方程.利用谐波平衡法推导得到了系统的电流与位移的频率响应关系.基于雅可比矩阵对解的稳定性进行了判别.将解析解与数值解进行了对比验证.结果表明,在双稳态俘能器中引入非线性二阶谐振电路不仅有利于低频俘能,还可进一步提升俘能响应,拓宽俘能带宽.相同的电路参数下,与线性电路相比非线性电路可通过电流的倍频现象实现结构更低频率的能量俘获.减小谐振电路与双稳态结构共振频率之比,增加基础激励幅值,减小静平衡点之间的距离均可提升俘能器的俘能效果.通过调控谐振电路与双稳态共振频率之比和基础激励幅值等参数,可实现系统单倍周期响应、多倍周期响应及混沌响应之间的切换.     

谐和与随机噪声联合作用下非线性系统的响应

研究了Duffing振子在谐和与随噪声联合激励下的响应和稳应性问题。用谐波平均法分析了系统在确定性谐和激励和随机激励联合作用下的响应,用随机平均法讨论了随机扰动项对系统晌应的影响。在一定条件下,系统具有两个均方响应值和跳跃现象。数值模拟表明本文提出的方法是有效的。     

DYNAMICAL CHARACTERISTICS ANALYSIS FOR UNILATERAL CONSTRAINED SIMPLY SUPPORTED BEAM WITH HARMONIC WAVE EXCITATION1)

为研究间隙碰撞对系统动力学响应的影响,以理想简支梁的振型函数为Rayleigh--Ritz基函数建立了单侧约束简支梁系统的非线性离散动力学方程组,应用数值方法研究了系统在基础谐波激励下的动力学响应特征及其对共振频率线性等效方法适用性的影响。研究表明：非线性动力学系统间隙产生的局部碰撞,使得系统振动能量在系统各阶模态之间转移,使得线性等效方法失效;即使进行非线性分析,也需要考虑系统固有频率远大于激励频段上限的模态。     

窄带噪声作用下二自由度非线性系统的响应

研究二自由度非线性系统在窄带随机噪声激励下的主共振响应,用多尺度法分离了系统的快变项,讨论了系统的阻尼项、随机项等对系统响应的影响。在一定条件下,系统具有两个均方响应值和跳跃现象,饱和现象也存在。数值模拟表明文中所提出的方法是有效的。     

Resonant response of a non-linear vibro-impact system to combined deterministic harmonic and random excitations

The resonant resonance response of a single-degree-of-freedom non-linear vibro-impact oscillator, with cubic non-linearity items, to combined deterministic harmonic and random excitations is investigated. The method of multiple scales is used to derive the equations of modulation of amplitude and phase. The effects of damping, detuning, and intensity of random excitations are analyzed by means of perturbation and stochastic averaging method. The theoretical analyses verified by numerical simulations show that when the intensity of the random excitation increases, the non-trivial steady-state solution may change from a limit cycle to a diffused limit cycle. Under certain conditions, impact system may have two steady-state responses. One is a non-impact response, and the other is either an impact one or a non-impact one.     

Response Statistics of Three-Degree-of-Freedom Nonlinear System to Narrow-Band Random Excitation

The principal resonance of a 3-DOF nonlinear system to narrow-band random external excitations is investigated. The method of multiple scales is used to derive the equations for modulation of amplitude and phase. The behavior, stability and bifurcation of steady-state responses are studied by means of qualitative analysis. The effects of damping, detuning, and excitation intensity on responses are analyzed. The theoretical analyses are verified by numerical results. Both theoretical analyses and numerical simulations show that when the intensity of the random excitation increases, the nontrivial steady state solution may change from a limit cycle to a diffused limit cycle. Under some conditions, co-existence of two kinds of stable steady-state solutions, saturation and jump phenomena may occur. The stationary probability density function of responses for the co-existence case is obtained approximately.     

确定性谐和与随机噪声联合作用下二自由度系统的响应

研究了二自由度非线性系统在确定性谐和与随机噪声联合激励下的主共振响应。用多尺度法分离了系统的快变项 ,讨论了系统的阻尼项、随机项等对系统响应的影响。在一定条件下 ,系统具有两个均方响应值和跳跃现象 ,饱和现象也存在。数值模拟表明本文提出的方法是有效的     

Response of nonlinear oscillator under narrow-band random excitation

IntroductionThestudyoftheresponseofnonlinearsystemstonarrow_bandrandomexcitationofconsiderableimportance.Forexample ,theexcitationofsecondarysystemwouldbeanarrow_bandrandomprocessiftheprimarysystemcouldbemodeledasasingle_degree_of_freedomsystemwithlightdampingsubjecttowide_bandexcitation .Inthetheoryofnonlinearrandomvibration ,mostresultsobtainedsofarareattributedtotheresponseofnonlinearoscillatorstowide_bandrandomexcitation .Incomparison ,resultsontheeffectofnarrow_bandexcitationonnonlinearos…     

谐和与窄带随机噪声联合作用下Duffing系统的参数主共振

研究了Ｄｕｆｉｎｇ振子在谐和与窄带随机噪声联合激励下的参数主共振响应和稳定性问题．用多尺度法分离了系统的快变项，并求出了系统的最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数．本文还分析了失稳及跳跃现象，及系统的阻尼项、非线性项、随机项、确定性参激强度对系统响应的影响．数值模拟表明本文提出的方法是有效的．     

Response statistics of two-degree-of-freedom non-linear system to narrow-band random excitation

The principal resonance of two-degree-of-freedom non-linear system to narrow-band random external excitation is investigated. The method of multiple scales is used to determine the equations of modulation of amplitude and phase. The behavior, stability and bifurcation of steady state response are studied by means of qualitative analysis. The effects of damping, detuning, bandwidth, and magnitudes of deterministic and random excitations are analyzed. The theoretical analyses are verified by numerical results. Theoretical analyses and numerical simulations show that when the intensity of the random excitation increases, the nontrivial steady state solution may be changed from a limit cycle to a diffused limit cycle. Under some conditions the system may have two steady state solutions, saturation and jumps may exist.     

Response statistic of strongly non-linear oscillator to combined deterministic and random excitation

The principal resonance of a van der Pol-Duffing oscillator to the combined excitation of a deterministic harmonic component and a random component has been investigated. By introducing a new expansion parameter , the method of multiple scales is adapted for the strongly non-linear system. Then the method of multiple scales is used to determine the equations of modulation of response amplitude and phase. The behavior and the stability of steady-state response are studied by means of qualitative analysis. The effects of damping, detuning, bandwidth, and magnitudes of random excitations are analyzed. The theoretical analyses are verified by numerical results. Theoretical analyses and numerical simulations show that when the intensity of the random excitation increases, the non-trivial steady-state solution may change from a limit cycle to a diffused limit cycle. Under some conditions the system may have two steady-state solutions. Random jump may be observed under some conditions. The results obtained in the paper are adapted for a strongly non-linear oscillator that complement previous results in the literature for the weakly non-linear case.     

随机窄带参激下二自由度非线性系统

研究了带平方二自由度非线性系统在随机窄带参数激励下，用多尺度法分离了系统的快变项，讨论了系统的各参数对响应的影响。在一定条件下，系统具有两个均方响应值，具有跳跃现象和饱和现象，数值模拟表明提出的方法是有效的。