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     

一类单侧碰撞悬臂振动系统的擦边分岔分析

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Poincaré映射,进而在其他参数固定,碰撞间隙9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Poincaré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.     

DC-DC开关功率变换器的非线性动力学行为研究

DC-DC开关功率变换器是一种典型的分段光滑动力学系统, 在一定的工作和参数条件下, 系 统会出现各种分岔如倍周期分岔、Hopf分岔、边界碰撞分岔和混沌运动. 系统评述了 DC-DC开关功率变换器的非线性动力学行为的研究进展;介绍了离散非线性映射、分段线性 模型、平均值模型等3种建模方法;分析了这种电路系统中的分岔特点及通向混沌的途径与 机制;结合我们的研究工作, 讨论了对这种电路系统进行混沌控制的必要性及相关策略;最 后, 从应用的角度提出了未来的若干研究方向.     

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.     

两自由度塑性碰撞振动系统的动力学研究

用三维映射表示具有单侧刚性约束的两自由度振动系统在塑性碰撞时的动力学方程。借助理论分析与数值方法研究了系统周期n-1振动的存在性与稳定性,描述了系统周期n-1振动的特点,讨论了碰撞振子与约束擦边引起的Poincare映射奇异性对系统全局分岔的影响。     

压电复合材料层合梁的分岔、混沌动力学与控制

研究了简支压电复合材料层合梁在轴向、横向载荷共同作用下的非线性动力学、分岔和混沌动力学响应. 基于vonKarman理论和Reddy高阶剪切变形理论,推导出了压电复合层合梁的动力学方程. 利用Galerkin法离散偏微分方程,得到两个自由度非线性控制方程,并且利用多尺度法得到了平均方程. 基于平均方程,研究了压电层合梁系统的动态分岔,分析了系统各种参数对倍周期分岔的影响及变化规律. 结果表明,压电复合材料层合梁周期运动的稳定性和混沌运动对外激励的变化非常敏感,通过控制压电激励,可以控制压电复合材料层合梁的振动,保持系统的稳定性,即控制系统产生倍周期分岔解,从而阻止系统通过倍周期分岔进入混沌运动,并给出了控制分岔图.      

叶片振动影响下双盘转子-轴承系统的稳定性与分岔

研究叶片与转子-轴承系统的耦合非线性振动,建立了一个带叶片的双盘转子-轴承系统的非线性动力学模型,其中包含一个弹性转轴、两个滑动轴承、两个刚性圆盘和两组弹性叶片.为了分析叶片的惯性影响,将其简化为单摆模型.采用4阶Runge-Kutta法进行了数值模拟,并利用分岔图、三维谱图、轴心轨迹和Poincaré映射图等方法分析了系统的非线性动力学特性.研究发现,随着转速的变化,系统响应演化出了倍周期运动、概周期运动、混沌运动和倍周期分岔等典型的非线性动力学行为.在与忽略了叶片振动的转子系统对比后发现,叶片振动使转子发生混沌运动的转速区域增大.在某些参数条件下,采用不同的叶片刚度,叶片振动可能引起转子系统产生混沌运动.     

一类碰撞振动系统在内伊马克沙克-音叉分岔点附近的局部两参数动力学

考虑一类具有对称性的三自由度碰撞振动系统.系统的庞加莱映射在一定条件下存在对称不动点,对应于系统的对称周期运动.根据对称性导出庞加莱映射P是另外一个隐式虚拟映射Q的二次迭代.推导了庞加莱映射对称不动点的解析表达式.根据映射不动点的稳定性及分岔理论,映射P的对称不动点发生内伊马克沙克-音叉(Neimark--Saker-pitchfork)分岔对应于映射Q发生内伊马克沙克-倍化(Neimark--Sakerflip)分岔.利用隐式虚拟映射Q,通过对范式作两参数开折分析,研究了映射P的对称不动点在内伊马克沙克-音叉分岔点附近的局部动力学行为.碰撞振动系统在这个余维二分岔点附近的局部动力学行为可能表现为投影后的庞加莱截面上的单一对称不动点、一对共轭不动点、单一对称拟周期吸引子以及一对共轭拟周期吸引子.数值模拟得到了内伊马克沙克-音叉分岔点附近的各种可能情况.内伊马克沙克-分岔和音叉分岔互相作用可能产生新的结果:对称不动点虽然首先分岔为两个共轭不动点,但是这两个共轭不动点是不稳定的,最终收敛到同一个对称拟周期吸引子.     

叶片-转子-轴承系统的非线性动力学问题研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础,研究了在油膜力作用下,叶片和转轴耦合振动系统的动力学行为。为分析叶片的惯性影响,将叶片模化为单摆模型。采用Runge-Kutta数值方法求解了耦合系统的振动方程,并利用分岔图、Lyapunov指数图、Poincar啨映射图和频谱图等分析了系统的稳定性。分析结果表明,当转速变化时,系统响应会出现倍周期、拟周期和混沌运动等现象,在此基础上分析了叶片长度的变化对该系统非线性动力学行为的影响。     

碰撞振动系统强共振下的两参数动力学分析

建立了两自由度碰撞振动系统的动力学模型及其周期运动的Poincaré映射,当Jacobi矩阵存在一对共轭复特征值在单位圆上并满足强共振(λ40=1)条件时,通过中心流型-范式方法将四维映射转变为二维范式映射。理论分析了系统两参数开折的局部动力学行为,扩展了单参数分岔理论,给出了n-1周期运动产生Hopf分岔和次谐分岔的条件。数值仿真验证了所得出的理论,证明系统在共振点附近存在稳定的Hopf分岔不变环面和次谐分岔4-4周期运动。     

Vibro-impact dynamics near a strong resonance point

Two typical vibratory systems with impact are considered, one of which is a two-degree-of-freedom vibratory system impacting an unconstrained rigid body, the other impacting a rigid amplitude stop. Such models play an important role in the studies of dynamics of mechanical systems with repeated impacts. Two-parameter bifurcations of fixed points in the vibro-impact systems, associated with 1:4 strong resonance, are analyzed by using the center manifold and normal form method for maps. The single-impact periodic motion and Poincaré map of the vibro-impact systems are derived analytically. Stability and local bifurcations of a single-impact periodic motion are analyzed by using the Poincaré map. A center manifold theorem technique is applied to reduce the Poincaré map to a two-dimensional one, and the normal form map for 1:4 resonance is obtained. Local behavior of two vibro-impact systems, near the bifurcation points for 1:4 resonance, are studied. Near the bifurcation point for 1:4 strong resonance there exist a Neimark–Sacker bifurcation of period one single-impact motion and a tangent (fold) bifurcation of period 4 four-impact motion, etc. The results from simulation show some interesting features of dynamics of the vibro-impact systems: namely, the “heteroclinic” circle formed by coinciding stable and unstable separatrices of saddles, T _in, T _on and T _out type tangent (fold) bifurcations, quasi-periodic impact orbits associated with period four four-impact and period eight eight-impact motions, etc. Different routes of period 4 four-impact motion to chaos are obtained by numerical simulation, in which the vibro-impact systems exhibit very complicated quasi-periodic impact motions. The project supported by National Natural Science Foundation of China (50475109, 10572055), Natural Science Foundation of Gansu Province Government of China (3ZS061-A25-043(key item)). The English text was polished by Keren Wang.     

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.     

RESEARCH IN STABILITY OF PERIODIC MOTION,BIFURCATION AND CHAOS IN A VIBRATORY SYSTEM WITH A CLEARANCE

A two-degrees-of-freedom vibratory system with a clearance or gap is under consideration based on the Poincard map. Stability and local bifurcation of the period-one doubleimpact symmetrical motion of the system are analyzed by using the equation of map. The routes from periodic impact motions to chaos, via pitchfork bifurcation, period-doubling bifurcation and grazing bifurcation, are studied by numerical simulation. Under suitable system parameter conditions, Neimark-Sacker bifurcations associated with periodic impact motion can occur in the two-degrees-of-freedom vibro-impact system.     

Modeling of the mean Poincaré map on a class of random impact oscillators

In this paper, a class of random vibro-impact systems is studied. For this class of random systems, the general discrete-time model of systems described by mean of impact Poincarè map have been derived. Two engineering examples: a marine engine resiliently mounted under shock excitation and a stochastic rattling system have been investigated. The calculated results show that those models can reveal complex nonlinear behaviors. The bifurcation diagrams exhibit the routes to random chaos.     

强共振情况下冲击成型机的亚谐与Hopf分岔

通过理论分析与数值仿真研究了双质体冲击振动成型机的周期运动在强共振条件下的亚谐分岔与Hopf分岔，证实了此系统的1／1周期运动在强共振(λ0^4=1)条件下可以分岔为稳定的4／4周期运动及概周期运动．讨论了冲击映射的奇异性，分析了冲击振动系统的“擦边”运动对强共振条件下周期运动及全局分岔的影响。     

碰撞振动系统的一类余维二分岔及T2环面分岔

建立了三自由度碰撞振动系统的动力学模型及其周期运动的Poincaré映射,当Jacobi矩阵存在两对共轭复特征值同时在单位圆上时,通过中心流形-范式方法将六维映射转变为四维范式映射.理论分析了这种余维二分岔问题,给出了局部动力学行为的两参数开折.证明系统在一定的参数组合下,存在稳定的Hopf分岔和T2环面分岔.数值计算验证了理论结果.