机电耦联系统余维3动态分岔研究

以r_{sl}, r_{f}以及x_{c}为分岔参数，对具有串补电容的单 机无穷大电力系统的失稳振荡问题，运用动态分岔理论进行了研究. 对系统同时出现有3对 纯虚根特征值的一类多参数高余维分岔情况，运用中心流行方法降维后得到约化方程，对此 强非线性约化方程的求解难点，运用多参数稳定性理论、谐波平衡法、归一化技术和Normal Form方法，得到了系统的解析解. 由分析得知，系统会出现3种Hopf分岔情况、二维环面 情况，以及三维环面分岔解，甚至会出现四维环面，或者更高维的环面分岔. 详细讨论 了系统各种分岔解的稳定性条件和稳定区域，并作了详细的数值分析加以验证.     

高维映射的Hopf—pitchfork分岔及其在碰撞振动系统中的应用

研究了高维映射的Hopf-pitchfork分岔.通过中心流形理论,将高维映射降阶为一个三维映射,再通过范式方法将降阶后的三维映射转化为范式映射.理论分析了三维范式映射在Hopf-pitchfork分岔点附近的参数开折.通过对分岔点附近含间隙振动系统的分岔行为进行数值仿真,验证了理论结果.     

基于POD-Galerkin降维方法的热毛细对流分岔分析

作为流动与传热相互耦合的非线性过程, 热毛细对流有着复杂的转捩过程, 探究流场和温度场随参数变化而发生的分岔现象, 是热毛细对流研究的一个重要课题. 基于本征正交分解的POD-Galerkin降维方法可以通过提取特征模态, 构建低维模型, 实现流场的快速计算. 数值分岔方法可以通过求解含参数动力系统的分岔方程, 直接计算稳定解和分岔点. 探究了将直接数值模拟方法、POD-Galerkin降维方法、数值分岔方法的优势结合, 以提高热毛细对流转捩过程分析效率的可行性. 利用直接数值模拟得到的流场和温度场数据, 构建了不同体积比下, 二维有限长液层热毛细对流的POD-Galerkin低维模型, 在低维模型上采用数值积分及数值分岔方法计算了分岔点, 得到了低维方程的分岔图. 在一定参数范围内, 在低维模型上模拟热毛细对流, 对雷诺数和体积比进行参数外推, 通过与直接数值模拟的结果对比, 验证了低维模型的准确性与鲁棒性. 说明了低维方程可以定性反映原高维系统的流动特性, 而定量方面, 由低维模型和直接数值模拟计算得到的周期解频率的相对误差大约为5%. 验证了利用POD-Galerkin降维方法研究热毛细对流的可行性.      

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。     

四维超混沌系统Hopf分岔分析与反控制

对超混沌系统进行分岔反控制的研究已成为当前一个重要研究方向,常采用线性控制器实现反控制。首先,对一个四维超混沌系统的Hopf分岔特性进行了分析,利用高维分岔理论推导出分岔特性与参数之间的关系式,以此判断系统的分岔类型。然后,设计一个由线性与非线性组合成的混合控制器对系统进行分岔反控制,控制参数取值不同时,系统会呈现出不同的分岔特性。通过分析得出,调控线性控制器参数可以使系统Hopf分岔提前或延迟发生;同时,调控混合控制器的两个控制参数,可以改变系统Hopf分岔特性,实现分岔反控制。     

四维超混沌系统Hopf分岔分析与反控制

对超混沌系统进行分岔反控制的研究已成为当前一个重要研究方向,常采用线性控制器实现反控制。首先,对一个四维超混沌系统的Hopf分岔特性进行了分析,利用高维分岔理论推导出分岔特性与参数之间的关系式,以此判断系统的分岔类型。然后,设计一个由线性与非线性组合成的混合控制器对系统进行分岔反控制,控制参数取值不同时,系统会呈现出不同的分岔特性。通过分析得出,调控线性控制器参数可以使系统Hopf分岔提前或延迟发生;同时,调控混合控制器的两个控制参数,可以改变系统Hopf分岔特性,实现分岔反控制。     

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.     

多自由度内共振系统非线性模态的分岔特性

利用多尺度法构造了一个立方非线性1:3内共振系统的内共振非线性模态(NonlinearNormal Modes associated with internal resonance)．研究表明,内共振非线性系统除存在单模态运动外还存在耦合模态运动．耦合内共振模态具有分岔特性．利用奇异性理论对模态分岔方程进行分析发现此类系统的模态存在叉形点分岔和滞后点分岔这两种典型的分岔模式．     

二元机翼颤振的分叉点类别的判定

应用中心流形理论将二元机翼颤振这一四维系统降为二维系统，用后继函数判别法对分叉点的真假中心及稳定性问题进行了分析．     

冲击渐进振动系统相邻基本振动的转迁规律

冲击振动现象广泛存在于动力机械系统中,使得系统表现出复杂的动力学响应.目前对冲击振动系统的p/1类基本振动的稳定性及分岔研究报道较少,而且已有的对冲击振动系统动力学的研究基本都是基于单参数分岔进行分析的.研究以小型振动冲击式打桩机为工程背景,建立了冲击渐进振动系统的力学模型.分析了激振器和缓冲垫发生碰撞的类型,以及滑块渐进运动的条件.给出了系统可能呈现的四种运动状态的判断条件和运动微分方程.通过二维参数分岔分析得到系统在(ω,l)参数平面内存在的各类周期振动的参数域和分布规律.详细分析了相邻p/1类基本振动的转迁规律.在5/1基本振动的参数域的右边区域,相邻p/1基本振动的参数域临界线上存在一个奇异点X_p,相邻p/1类基本振动的分岔特点以奇异点X_p为临界点.在l小于l_X_p的区域内,相邻p/1基本振动经实擦边分岔和鞍结分岔相互转迁,实擦边分岔线和鞍结分岔线之间存在迟滞域,迟滞域内,系统存在两个周期吸引子共存的现象.在l大于l_X_p的区域内,相邻p/l类基本振动的参数域之间存在一个中间过渡区域.中间过渡区域内,系统呈现(2p+2)/2和(2p+1)/2周期振动等.在5/1基本振动的参数域的左边区域,p/1基本振动经多重滑移分岔产生(P+1)/1基本振动.     

The complicated bifurcation of an archetypal self-excited SD oscillator with dry friction

In this paper, we investigate the local and global bifurcation behaviors of an archetypal self-excited smooth and discontinuous oscillator driven by moving belt friction. The belt friction is described in the sense of Stribeck characteristic to formulate the mathematical model of the proposed system. For such a friction characteristic, the complicated bifurcation behaviors of the system are discussed. The bifurcation of the multiple sliding segments for this self-excited system is exhibited by analytically exploring the collision of tangent points. The Hopf bifurcation of this self-excited system with viscous damping is analyzed by making the examination of the eigenvalues at the steady state and discussing the stability of the limit cycles. The bifurcation diagrams and the corresponding phase portraits are depicted to demonstrate the complicated dynamical behaviors of double tangency bifurcation, the bifurcation of sliding homoclinic orbit to a saddle, subcritical Hopf bifurcation and grazing bifurcation for this system.     

Resonance regimes in the neighborhood of bifurcation points of codimension 2 in the Couette-Taylor problem

The bifurcation in a dynamical system with cylindrical symmetry dependent on several parameters is studied with reference to the Couette-Taylor problem. Points at which two neutral curves intersect (bifurcation points of codimension 2) corresponding to several independent neutral modes are found. In the neighborhood of the bifurcation points of codimension 2 the interaction of these modes can be described by a system of amplitude equations on the central manifold. If the neutral modes are nonrotationally symmetrical, there exist seven different resonance states that influence the cubic terms of the amplitude system. For the resonances Res 0 and Res 3 the results of calculating the intersection points are presented and the conditions under which stationary regimes exist and are stable are analyzed.     

挤压油膜阻尼器－滑动轴承－刚性转子系统的稳定性及分岔行为

对挤压油膜阻尼器－滑动轴承－转子系统的稳定性及分岔行为进行了研究，由于该动力系统为一强非线性系统，具有复杂的非线性现象。本文采用Ｆｌｏｑｕｅｔ理论对其周期解的稳定性进行了计算分析：随着系统参数的变化，该系统将出现稳态周期解、准周期分岔、倍周期分岔。文中也对系统平衡点的稳定性进行了分析，讨论了其Ｈｏｐｆ分岔行为     

一类混沌系统中的簇发振荡及其延迟叉形分岔行为

由于多时间尺度问题在实际工程系统中广泛存在,关于其复杂动力学行为及其产生机制的研究已成为当前国内外的热点课题之一.簇发振荡是多时间尺度系统复杂动力学行为的典型代表,而分岔延迟又是簇发振荡中的常见现象.本文为探讨非线性系统中分岔延迟所引发的簇发振荡的分岔机制,在一个三维混沌系统中引入参数激励,当激励频率远小于系统的固有频率时,系统产生了两时间尺度簇发振荡.将整个激励项看做慢变参数,激励系统转化为广义自治系统也即快子系统,分析快子系统平衡点的稳定性以及分岔条件,并运用快慢分析法和转换相图揭示了簇发振荡的动力学机理.文中考察了4组参数条件下系统的动力学行为,研究发现当慢变激励项周期性地通过分岔点时,系统产生了明显的超临界叉形分岔延迟行为,随着参数激励振幅的增大,分岔延迟的时间也逐渐延长,当这种延迟的动态行为终止于不同的参数区域时,导致系统轨线围绕不同稳定吸引子(平衡点,极限环)运动,从而得到了不同的簇发振荡行为.      

Forecasting bifurcations of multi-degree-of-freedom nonlinear systems with parametric resonance

The location of bifurcation points and bifurcation diagrams is important for the understanding of a nonlinear system with parametric resonance. This paper presents a model-less method to predict bifurcations of slightly damped multi-degree-of-freedom nonlinear systems with parametric resonance using transient recovery data in the pre-bifurcation regime. This method is based on the observation that the envelope amplitude of a decaying response in the pre-bifurcation regime recovers more slowly to the equilibrium as the system becomes closer to the bifurcation. Data obtained from both simulations and experiments are used to forecast the location of the bifurcation point and the bifurcation diagram. Forecasting results demonstrate that the method can be used to predict the bifurcation accurately under a set of specific assumptions.     

实噪声参激Hopf分叉系统研究

采用随机平均法、扩散过程的奇点理论、不变测度方法分析了实噪声参激的分叉系统．明确了噪声的影响将使系统出现与原分叉点不同的噪声导致的分叉点，并使分叉类型产生了根本的改变     

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.     

Quasi-static transient and mixed mode oscillations induced by fractional derivatives effect on the slow flow near folded singularity

This paper aims at offering an insight into the dynamical behaviors of incommensurate fractional-order singularly perturbed van der Pol oscillators subjected to constant forcing, especially when the forcing is close to Andronov–Hopf bifurcation points. These bifurcation points are predicted thanks to the theorem on stability of incommensurate fractional-order systems, as functions of the forcing and fractional derivative orders. When the forcing is chosen near Andronov–Hopf bifurcation, the dynamics of fractional-order systems show a static-looking transient regime whose length increases exponentially with the closeness to the bifurcation point. This peculiar phenomenon is not common in numerical simulation of dynamical systems. We show that this quasi-static transient behavior is due to the combine action of the slow passage effect at folded saddle-node singularity and fractional derivation memory effect on the slow flow around this singularity; this forces the system to remain for a long time in the vicinity of its equilibrium point, though unstable. The system frees oneself from this quasi-static transient state by spiraling before entering relaxation oscillation. Such a situation results in mixed mode oscillations in the oscillatory regime. One obtains mixed mode oscillations from a very simple system: A two-variable system subjected to constant forcing.     

Bifurcation and pattern formation in a coupled higher autocatalator reaction diffusion system

Spatiotemporal structures arising in two identical cells,which are governed by higher autocatalator kinetics and coupled via diffusive interchange of autocatalyst, are discussed.The stability of the unique homogeneous steady state is obtained by the linearized theory.A necessary condition for bifurcations in spatially non-uniform solutions in uncoupled and coupled systems is given.Further information about Turing pattern solutions near bifurcation points is obtained by weakly nonlinear theory.Finally,the stability of equilibrium points of the amplitude equation is discussed by weakly nonlinear theory,with the bifurcation branches of the weakly coupled system.