Grazing Bifurcation of a Cantilever Vibrating System with One-sided Impact

与光滑动力系统不同，擦边分岔是非光滑动力系统中的一种特殊分岔行为. 局部不连续映射 是研究非光滑动力系统擦边分岔的一种有力工具. 对一类单侧弹性碰撞悬臂振动系统进行了擦边分岔分析. 首先建立了系统对应的局部不连 续映射(ZDM)和全局Poincar\'{e}映射，进而在其他参数固定，碰撞间隙$g$为分 岔参数时利用数值仿真的方法分别对原系统和对应的Poincar\'{e} 映射进行擦边分岔分析，得到了该系统的两种不同类型的擦边分岔行为：周期1到周期2运 动和周期1到混沌，这两种擦边分岔与刚性碰撞系统的情况是不相同的. 由分析可知，对 于含高阶非线性项的非光滑动力系统的擦边分岔，同样可以利用局部不连续映射的方法进行 研究.     

非光滑动力系统Lyapunov指数谱的计算方法

对 n 维非光滑(刚性约束和分段光滑)动力系统引进局部映射，利用 Poincaré映射分析方法得出了非光滑系统 Lyapunov 指数谱的通用计算方法．以一类刚性约束的非线性动力系统为例，给出了 Lyapunov 指数谱随参数大范围变化的规律，并与相应的 Poincaré映射分岔图进行对照，验证了上述通用计算方法的正确性和有效性．     

线性碰振系统周期解擦边分岔的一类映射分析方法

擦边分岔是碰振机械系统的一种重要分岔行为. 以固定相位面作为Poincaré截面， 建立了线性碰振系统单碰周期$n$运动的Poincaré映射. 通过分析该映射，得到了系统 发生擦边分岔的条件和分岔方程，并以单自由度碰振系统为实例验证了分析结果的正确性. 该方法不仅可以计算线性碰振系统擦边分岔的参数值，还可以计算系统的任意周 期$n$解的分岔参数值.     

一类含间隙振动系统的周期运动稳定性、分岔与混沌形成过程研究

建立了两自由度含间隙振动系统对称周期碰撞运动的Poincar啨映射方程 ,讨论了该映射不动点的稳定性与局部分岔 .通过数值仿真研究了含间隙振动系统对称周期碰撞运动经叉式分岔、倍化分岔、“擦边”奇异性向混沌转迁的全局分岔过程     

具有刚性约束随机非线性动力系统擦边现象的研究

利用Chebyshev多项式逼近法在单边约束条件下将带有随机参数的Duffing-van der Pol系统转化为与之等价的确定性系统,然后利用确定性系统的数值方法,研究了系统在擦边附近的动力学行为.研究表明,随机非光滑动力系统由擦边到混沌运动过程中,存在一个擦边区间.当控制参数完全经过这个区间时,随机系统才变为和确定性系统类似的混沌运动,而在这个区间内,随机系统经过一个由擦边运动到混沌再到擦边运动的反复过程.同时作者还发现,随机非光滑动力系统在擦边附近存在由随机因素诱发的倍周期分岔现象.     

碰撞振动系统分岔与混沌的研究进展

针对工程实际中普遍存在的碰撞振动系统这种典型的非光滑动力系统, 其研究具有 重要的理论意义和工程实用价值. 碰撞振动系统动力学的分析与研究方法主要有理 论分析、数值模拟以及应用与实验研究. 为了研究碰撞振动系统的周期运动稳定性、 分岔及混沌, 采用的手段有建立Poincar\'{e}映射、中心流形和范式方法, 映射的 分岔与混沌理论是碰撞振动系统研究的理论基础. 首先简述了碰撞振动系统的分析 与研究方法, 光滑非线性系统动力学的分析方法部分可以推广到碰撞振动系统, 碰 撞振动的不连续性导致一些方法的适用性和有效性问题. 进一步综述了碰撞振动系 统周期运动稳定性、分岔、混沌及奇异性的理论研究和工程应用现状. 最后着重结 合相关离散型映射系统的动力学发展, 对碰撞振动系统的分岔与混沌研究及存在的 主要问题进行了讨论, 并展望了其发展趋势.     

齿轮传动系统共存吸引子的不连续分岔

大量的多吸引子共存是引起齿轮传动系统具有丰富动力学行为的一个重要因素.多吸引子共存时,运动工况的变化以及不可避免的扰动都可能导致齿轮传动系统在不同运动行为之间跳跃变换,对整个机器产生不良的影响.目前,一些隐藏的吸引子没有被发现,共存吸引子的分岔演化规律没有被完全揭示.考虑单自由度直齿圆柱齿轮传动系统,构建由局部映射复合的Poincaré映射,给出Jacobi矩阵特征值计算的半解析法.应用数值仿真、延拓打靶法和Floquet特征乘子求解共存吸引子的稳定性与分岔,应用胞映射法计算共存吸引子的吸引域,讨论啮合频率、阻尼比和时变激励幅值对系统动力学的影响,揭示齿轮传动系统倍周期型擦边分岔、亚临界倍周期分岔诱导的鞍结分岔和边界激变等不连续分岔行为.倍周期分岔诱导的鞍结分岔引起相邻周期吸引子相互转迁的跳跃与迟滞,使倍周期分岔呈现亚临界特性.鞍结分岔是共存周期吸引子出现或消失的主要原因.边界激变引起混沌吸引子及其吸引域突然消失,对应周期吸引子的分岔终止.     

具有刚性约束的非线性动力系统的局部映射方法

对具有刚性约束的n维非线性动力系统进行研究,建立了该类系统在刚性约束附近的局部映射关系.又根据连续性和横截性条件,通过几何方法推导并证明了局部映射的Jacobi矩阵的解析式.然后,通过引入局部映射,并利用Poincar啨映射方法,基于Floquet理论对刚性约束的n维非线性动力系统的周期运动的稳定性和分岔进行分析,给出了该类系统Poincar啨映射的Jacobi矩阵的计算方法.最后,以一类刚性约束的非线性动力系统为例,揭示了局部映射在其动力学分析中的重要作用.     

三时间尺度下非光滑电路中的簇发振荡及机理

实际工程应用中存在着诸如冲击、干摩擦、切换等非光滑因素,以此建立的动力学模型是包含非光滑项的系统. 目前针对非光滑动力系统的研究大多基于单一尺度或者两尺度, 而含有更多尺度的非光滑动力系统可能会存在更复杂的动力学现象. 本论文旨在探讨非光滑动力系统中的多尺度效应及其分岔机制.基于典型的非光滑蔡氏电路, 引入一个与系统固有频率存在量级差的周期变化的激励项, 同时通过选取适当的参数值,建立了一个三时间尺度耦合下的、含有两个分界面的四维分段线性电路系统模型, 研究了该系统存在的簇发振荡行为及其分岔机制. 首先,将对应快尺度与中间尺度的变量合并作为快变量, 将对应慢尺度的变量看作慢变量, 重新划分了快慢子系统,从而将三时间尺度耦合问题转化为两时间尺度耦合问题去分析. 然后根据双参数下的Hopf分岔情况, 对应于慢子流形的不同稳定性,给出了不同参数下系统存在的两种典型的簇发振荡行为. 最后, 基于快慢分析法, 结合转换相图以及慢子流形在非光滑分界面上的非光滑动力学行为的详细讨论, 分析了不同簇发振荡相互转化的分岔机制, 发现了一个新的簇发振荡的演化路径, 即由破坏性的擦边分岔诱导的簇发振荡.      

碰撞振动系统不连续擦边分岔的线性反馈控制

不连续擦边分岔通常导致系统响应直接跳跃到碰撞周期运动或大幅值的混沌带。为了抑制擦边点处的跳跃现象并保证控制后系统的响应仍能保持为简单的周期运动,本文基于单自由度振碰系统中一系列孤立的退化擦边点能使未碰周期运动可以连续转迁进入碰撞周期运动这一特殊的动力学性质,设计了一类线性反馈控制器并利用零时间不连续映射的方法,将单自由度系统中大幅值的混沌带控制到稳定的碰撞周期运动,抑制了擦边点处的跳跃现象。数值仿真结果表明,本文提出的控制策略简单而有效。