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相似文献
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1.
簇发振荡是多时间尺度系统复杂动力学行为的典型代表,簇发振荡的动力学机制与分类问题是簇发研究的重要问题之一,但当前学者们所揭示的簇发振荡的结构大多较为简单.研究以非自治离散Duffing系统为例,探讨具有复杂分岔结构的新型簇发振荡模式,并将其分为两大类,一类经由Fold分岔所诱发的对称式簇发,另一类经由延迟倍周期分岔所诱发的非对称式簇发.快子系统的分岔表现为典型的含有两个Fold分岔点的S形不动点曲线,其上、下稳定支可经由倍周期(即Flip)分岔通向混沌.当非自治项(即慢变量)穿越Fold分岔点时,系统的轨线可以向上、下稳定支的各种吸引子(例如,周期轨道和混沌)进行转迁,因此得到了经由Fold分岔所诱发的各种对称式簇发;而当非自治项无法穿越Fold分岔点,但可以穿越Flip分岔点时,系统产生了延迟Flip分岔现象.基于此,得到了经由延迟Flip分岔所诱发的各种非对称簇发.特别地,文中所报道的簇发振荡模式展现出复杂的反向Flip分岔结构.研究结果表明,这与非自治项缓慢地反向穿越快子系统的Flip分岔点有关.研究结果丰富了离散系统簇发的动力学机理和分类.  相似文献   

2.
洪灵  徐健学 《力学学报》2002,34(1):136-141
应用广义胞映射图论(Generalized Cell Mapping Digraph)方法,数值地研究Thompson的逃逸方程在最佳逃逸点附近的分岔。发现了嵌入在Wada分形吸引域边界上的混沌鞍,混沌鞍是状态空间不稳定(非吸引)的混沌不变集合。Wada分形吸引域边界是具有Wada性质的边界,即吸引域边界上的任意点也同时是至少两个其它吸引域的边界点,称为Wada域边界。我们证明Wada域边界上的混沌鞍导致局部鞍结分岔具有全局不确定性结局,研究了Wada域边界上混沌鞍的形成与演化,证明最终的逃逸分岔是混沌吸引子碰撞混沌鞍的边界激变。  相似文献   

3.
金花  吕小红  张子豪  王昕 《力学学报》2023,55(1):203-212
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.  相似文献   

4.
An asymmetric nonlinear oscillator representative of the finite forced dynamics of a structural system with initial curvature is used as a model system to show how the combined use of numerical and geometrical analysis allows deep insight into bifurcation phenomena and chaotic behaviour in the light of the system global dynamics.Numerical techniques are used to calculate fixed points of the response and bifurcation diagrams, to identify chaotic attractors, and to obtain basins of attraction of coexisting solutions. Geometrical analysis in control-phase portraits of the invariant manifolds of the direct and inverse saddles corresponding to unstable periodic motions is performed systematically in order to understand the global attractor structure and the attractor and basin bifurcations.  相似文献   

5.
由多时间尺度耦合效应引起的簇发振荡行为是非线性动力学研究的重要课题之一.本文针对一类参数激励下的三维非线性电机系统(该系统可以描述两种自激同极发电机系统的动力学行为,两种系统在数学上等效),研究了当参数激励频率远小于系统自然频率时的各种复杂簇发振荡行为及其产生机理.通过快慢分析方法, 将参数激励作为慢变参数,得到了非自治系统对应的广义自治系统及快子系统和慢变量,并给出了快子系统的稳定性和分岔条件以及系统关于典型参数的单参数分岔图.借助转换相图与分岔图的叠加, 分析了对称式delayed subHopf/fold cycle簇发振荡的产生机理及其动力学转迁, 即delayed subHopf/fold cycle簇发振荡、焦点/焦点型对称式叉形分岔滞后簇发振荡和焦点/焦点型叉形分岔滞后簇发振荡.研究结果表明, 系统会出现两种不同的分岔滞后形式, 一种是亚临界Hopf分岔滞后,另一种是叉形分岔滞后,而且控制参数显著影响平衡点的稳定性和分岔滞后区间的宽度.同时初始点的选取则会影响系统动力学行为的对称性.本文的研究进一步加深了对由分岔滞后引起的簇发振荡的认识和理解.  相似文献   

6.
由多时间尺度耦合效应引起的簇发振荡行为是非线性动力学研究的重要课题之一.本文针对一类参数激励下的三维非线性电机系统(该系统可以描述两种自激同极发电机系统的动力学行为,两种系统在数学上等效),研究了当参数激励频率远小于系统自然频率时的各种复杂簇发振荡行为及其产生机理.通过快慢分析方法, 将参数激励作为慢变参数,得到了非自治系统对应的广义自治系统及快子系统和慢变量,并给出了快子系统的稳定性和分岔条件以及系统关于典型参数的单参数分岔图.借助转换相图与分岔图的叠加, 分析了对称式delayed subHopf/fold cycle簇发振荡的产生机理及其动力学转迁, 即delayed subHopf/fold cycle簇发振荡、焦点/焦点型对称式叉形分岔滞后簇发振荡和焦点/焦点型叉形分岔滞后簇发振荡.研究结果表明, 系统会出现两种不同的分岔滞后形式, 一种是亚临界Hopf分岔滞后,另一种是叉形分岔滞后,而且控制参数显著影响平衡点的稳定性和分岔滞后区间的宽度.同时初始点的选取则会影响系统动力学行为的对称性.本文的研究进一步加深了对由分岔滞后引起的簇发振荡的认识和理解.   相似文献   

7.
We consider an autoparametric system consisting of an oscillator coupled with an externally excited subsystem. The oscillator and the subsystem are in one-to-one internal resonance. The excited subsystem is in primary resonance. The method of second-order averaging is used to obtain a set of autonomous equations of the second-order approximations to the externally excited system with autoparametric resonance. The Šhilnikov-type homoclinic orbits and chaotic dynamics of the averaged equations are studied in detail. The global bifurcation analysis indicates that there exist the heteroclinic bifurcations and the Šhilnikov-type homoclinic orbits in the averaged equations. The results obtained above mean the existence of the amplitude-modulated chaos for the Smale horseshoe sense in the externally excited system with autoparametric resonance. Furthermore, a detailed bifurcation analysis of the dynamic (periodic and chaotic) solutions of the averaged equations is presented. Nine branches of dynamic solutions are found. Two of these branches emerge from two Hopf bifurcations and the other seven are isolated. The limit cycles undergo symmetry-breaking, cyclic-fold and period-doubling bifurcations, whereas the chaotic attractors undergo attractor-merging and boundary crises. Simultaneous occurrence of the limit cycle and chaotic attractors, homoclinic orbits, intermittency chaos and homoclinic explosions are also observed.  相似文献   

8.
冯进钤  徐伟 《力学学报》2013,45(1):30-36
基于图胞映射理论, 提出了一种擦边流形的数值逼近方法, 研究了典型Du ng 碰撞振动系统中擦边诱导激变的全局动力学. 研究表明, 周期轨的擦边导致的奇异性使得系统同时产生1 个周期鞍和1 个混沌鞍. 当该周期鞍的稳定流形与不稳定流形发生相切时, 边界激变发生使得该混沌鞍演化为混沌吸引子. 噪声可以诱导周期吸引子发生擦边, 这种擦边导致了1 种内部激变的发生, 表现为该周期吸引子与其吸引盆内部的混沌鞍发生碰撞后演变为1 个混沌吸引子.  相似文献   

9.
通过引入子电路模块, 并选取适当的参数及非线性电阻特性, 建立了多时间尺度下具有多平衡态的四维广义哈特利(Hartley) 电路模型. 基于快子系统的多平衡态及其稳定性, 给出了参数空间的分岔集, 得到了不同区域中的动力学特性及其相应的分岔模式和临界条件. 针对两种典型具有不同分岔特征的情形, 分别给出了多平衡态参与下的两种不同的周期簇发振荡行为, 结合快子系统的分岔分析, 揭示了沉寂态和激发态之间相互转化的产生机制, 指出多平衡态不仅会导致多种沉寂态和激发态同时参与同一周期簇发振荡, 也会导致簇发振荡模式的多样性.   相似文献   

10.
反馈时滞对van der Pol振子张弛振荡的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
研究反馈控制环节时滞对van derPol振子张弛振荡的影响. 首先, 通过稳定性切换分析, 得到了系统的慢变流形的稳定性和分岔点分布图, 结果表明, 当时滞大于某临界值时, 系统慢变流形的结构发生本质的变化.其次, 基于几何奇异摄动理论, 分析了慢变流形附近解轨线的形状, 发现时滞反馈会引起张弛振荡中的慢速运动过程中存在微幅振荡, 其中微幅振荡来自于内部层引起的振荡和Hopf分岔产生的振荡两个方面; 同时, 时滞对张弛振荡的周期也具有显著的影响. 实例分析表明理论分析结果与数值结果相吻合.   相似文献   

11.
参数激励耦合系统的复杂动力学行为分析   总被引:3,自引:0,他引:3  
分析了耦合van der Pol振子参数共振条件下的复杂动力学行为.基于平均方程,得到了参数平面上的转迁集,这些转迁集将参数平面划分为不同的区域,在各个不同的区域对应于系统不同的解.随着参数的变化,从平衡点分岔出两类不同的周期解,根据不同的分岔特性,这两类周期解失稳后,将产生概周期解或3—D环面解,它们都会随参数的变化进一步导致混吨.发现在系统的混沌区域中,其混吨吸引子随参数的变化会突然发生变化,分解为两个对称的混吨吸引子.值得注意的是,系统首先是由于2—D环面解破裂产生混吨,该混吨吸引子破裂后演变为新的混吨吸引子,却由倒倍周期分岔走向3—D环面解,也即存在两条通向混沌的道路:倍周期分岔和环面破裂,而这两种道路产生的混吨吸引子在一定参数条件下会相互转换.  相似文献   

12.
This short paper introduces a new 3D strange attractor topologically different from any other known chaotic attractors. The intentionally constructed model of three autonomous first-order differential equations derives from the coupling-induced complexity of the well-established 2D Lotka?CVolterra oscillator. Its chaotification process via an anti-equilibrium feedback allows the exploration of a new domain of dynamical behavior including chaotic patterns. To focus a rapid presentation, a fixed set of parameters is selected linked to the widest range of dynamics. Indeed, the new system leads to a chaotic attractor exhibiting a double scroll bridged by a loop. It mutates to a single scroll with a very stretched loop by the variation of one parameter. Indexes of stability of the equilibrium points corresponding to the two typical strange attractors are also investigated. To encompass the global behavior of the new low-dimensional dissipative dynamical model, diagrams of bifurcation displaying chaotic bubbles and windows of periodic oscillations are computed. Besides, the dominant exponent of the Lyapunov spectrum is positive reporting the chaotic nature of the system. Eventually, the novel chaotic model is suitable for digital signal encryption in the field of communication with a rich set of keys.  相似文献   

13.
在耦合自催化反应系统中,采用数值分析方法研究了考虑时滞效应和流速扰动时子系统的动力学行为.与原系统相比,该系统呈现出更加丰富的动力学现象.反应过程中出现了结构复杂的混沌吸引子和由在周期解邻域内振荡而产生的概周期运动,并且存在混沌由倍周期分岔演变为新的混沌吸引子的过程.这些结果对于解释耦合化学反应系统中的复杂现象、揭示其反应机理具有一定的指导意义.  相似文献   

14.
Duffing-van der Pol系统的随机分岔   总被引:1,自引:0,他引:1  
李爽  徐伟  李瑞红 《力学学报》2006,38(3):429-432
应用广义胞映射图论方法(GCMD)研究了在谐和激励与随机噪声共同作用下的Duffing-van der Pol系统的随机分岔现象. 系统参数选择在多个吸引子与混沌鞍共存的范围内. 研究发现, 随着随机激励强度的增大,该系统存在两种分岔现象: 一种为随机吸引子与吸引域边界上的鞍碰撞, 此时随机吸引子突然消失; 另一种为随机吸引子与吸引域内部的鞍碰撞, 此时随机吸引子突然增大. 研究证实, 当随机激励强度达到某一临界值时, 该系统还会发生D-分岔(基于Lyapunov指数符号的改变而定义), 此类分岔点不同于上述基于系统拓扑性质改变所得的分岔点.  相似文献   

15.
In this paper, a new conception of composite cell coordinate system is presented by dividing the continuous state space into the cell state space with different scales. For a dynamical system, attractors, basins of attraction, basin boundaries, saddles, and invariant manifolds can be easily obtained, and any region of the state space can be refined by this method. The global bifurcations, such as crisis and metamorphosis, of the Rayleigh?CDuffing oscillator are studied by the composite cell coordinate system method. According to the sudden changes in shapes of the chaotic attractor and the chaotic saddle, we find that three types of crises can all occur, including boundary crisis, interior crisis, and attractor emerging crisis. In addition, the basin boundary metamorphoses, such as fractal-Wada, Wada-Wada, and Wada-fractal, are analyzed through observing the shapes of basin boundaries. These results demonstrate the efficiency and validity of this method in analyzing dynamical systems.  相似文献   

16.
This paper presents a new four-dimensional smooth quadratic autonomous hyper-chaotic system which can generate novel two double-wing periodic, quasi-periodic and hyper-chaotic attractors. The Lyapunov exponent spectrum, bifurcation diagram and phase portrait are provided. It is shown that this system has a wide hyper-chaotic parameter. The pitchfork bifurcation and Hopf bifurcation are discussed using the center manifold theory. The ellipsoidal ultimate bound of the typical hyper-chaotic attractor is observed. Numerical simulations are given to demonstrate the evolution of the two bifurcations and show the ultimate boundary region.  相似文献   

17.
二维Logistic映射中的一种新型激变、回滞和分形   总被引:4,自引:0,他引:4  
研究了二维Logistic映射不动点的性质,给出了在参数空间中二维Logistic映射发生第一次分岔的边界方程。采用相图、分岔图、功率谱、Lyapunov指数计算和分维数计算方法,揭示出具有二次耦合项的二维Logistic映射从规则运动转化到混沌运动所具有的普适特征:①系统是按Pomeau-Manneville途径通向混沌的,且其间歇性与Hopf分岔有关;②系统中存在一种新型循环激变:当参数连续变化时,不稳定周期轨道按固定顺序循环与奇怪吸引子的几个小部分相遇,并导致小部分两两合并,产生出较大的奇怪吸引子;③最大Lyapunov指数的曲线具有“回滞”特征,且回滞现象常伴随循环激变的出现。同时,作者对二维Logistic映射的Mandelbrot-Julia集(简称M-J集)的研究表明:M-J集的结构由控制参数决定,且它们的边界是分形的。  相似文献   

18.
This paper focuses on thoroughly exploring the finite-time transient behaviors occurring in a periodically driven non-smooth dynamical system. Prior to settling down into a long-term behavior, such as a periodic forced oscillation, or a chaotic attractor, responses may exhibit a variety of transient behaviors involving regular dynamics, co-existing attractors, and super-persistent chaotic transients. A simple and fundamental impacting mechanical system is used to demonstrate generic transient behavior in an experimental setting for a single degree of freedom non-smooth mechanical oscillator. Specifically, we consider a horizontally driven rigid-arm pendulum system that impacts an inclined rigid barrier. The forcing frequency of the horizontal oscillations is used as a bifurcation parameter. An important feature of this study is the systematic generation of generic experimental initial conditions, allowing a more thorough investigation of basins of attraction when multiple attractors are present. This approach also yields a perspective on some sensitive features associated with grazing bifurcations. In particular, super-persistent chaotic transients lasting much longer than the conventional settling time (associated with linear viscous damping) are characterized and distinguished from regular dynamics for the first time in an experimental mechanical system.  相似文献   

19.
乐源 《力学学报》2016,48(1):163-172
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.  相似文献   

20.
一双峰混沌系统非线性动力学行为   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过对一双峰混沌系统的非线性动力学行为的研究,发现随着系统参数的变化,双峰混沌系统由混沌状态开始,经阵发性混沌、不动点、倍周期分岔到受初始值的影响两个混沌吸引子,而后又收敛为另一个不动点,最后再次进入混沌状态。该系统呈现出复杂的非线性动力学行为。  相似文献   

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