混沌振动压实动力学的仿真研究—（I）混沌识别

本文提出了四自由度混沌振动压路机“机架－振动轮－土”系统的力学模型;建立了其数学模型;对数学模型进行了数值仿真;根据振动轮的运动,利用混沌识别的定性方法（相轨图、功率谱图和Ｐｏｉｎｃａｒｅ图）与定量方法（最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数）,对系统的混沌特征进行了识别。结果表明：系统的运动是混沌的。     

非自旋航天器混沌姿态运动及其参数开闭环控制

研究万有引力场中受大气阻力且存在结构内阻尼的非自旋航天器在椭圆轨道上平面天平动的混沌及其参数开闭环控制问题．在建立数学模型的基础上确定出现混沌的必要条件并数值验证混沌的存在性，提出非线性振动系统混沌运动的参数开闭环控制并应用于控制航天器的混沌姿态运动．     

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.      

汽车微弱振动信号的混沌振子识别

混沌振子对微弱信号的检测在实际应用中具有重要价值。论文介绍了微弱信号检测的混沌振子理论，提出了混沌振子的幅频联调自适应方法，用以识别微弱信号，并给出了幅频联调自适应方法的具体步骤．对淹没在强噪声中微弱周期信号混沌检测进行了仿真分析。针对汽车在运行中飞轮壳出现裂纹的问题，用混沌振子进行了实际微弱振动信号识别。与相关的其它研究进行对比，确定所识别出的单周期微弱振动信号，说明了该裂纹的出现，该项研究可应用于汽车各个部件的隐蔽性故障分析。     

Duffing振子强迫振动的混沌特性仿真分析

根据Ｄｕｆｆｉｎｇ振子强迫振动系统的数学模型，编制该动力系统的计算机仿真软件．通过对Ｄｕｆｆｉｎｇ方程实例仿真分析，探讨该类方程出现混沌的各参数之间的关系，可全面分析混沌动力系统特性．     

时变张力作用下轴向运动梁的分岔与混沌

轴向运动结构的横向参激振动一直是非线性动力学领域的研究热点之一. 目前研究较多的是轴向速度摄动的动力学模型,参数激励由速度的简谐波动产生. 但在工程应用中,存在轴向张力波动的运动结构较为广泛,而针对轴向张力摄动的模型研究较少. 本文研究了时变张力作用下轴向变速运动黏弹性梁的分岔与混沌. 考虑随着时间周期性变化的轴向张力,计入线性黏性阻尼,采用Kelvin模型的黏弹性本构关系,给出了梁横向非线性 振动的积分--偏微分控制方程. 首先应用四阶Galerkin截断方法将控制方程离散化,然后采用四阶Runge-Kutta方法计算系统的数值解,进而确定其动力学行为. 基于梁中点的横向位移和速度的数值结果,仿真了梁沿平均轴速、张力摄动幅值、张力摄动频率以及黏弹性系数变化的倍周期分岔与混 沌运动,并且通过计算系统的最大李雅普诺夫指数来识别其混沌行为. 结果表明:较小的平均轴速有助于梁的周期运动,梁在临界速度附近容易发生倍周期分岔与混沌行为. 随着张力摄动幅值的增大,梁的振动幅值的混沌区间不断增大. 较小的黏弹性系数和张力摄动频率更容易使梁发生混沌运动. 最后,给出时程图、频谱图、相图以及Poincaré 映射图来确定梁的混沌运动.      

磁场中旋转运动圆板的分叉与混沌研究

应用数值模拟方法研究磁场中旋转运动圆板的分叉与混沌问题。首先,基于薄板理论和麦克斯韦电磁场方程组,给出了动能、应变势能、外力虚功以及电磁力的表达式,再利用哈密顿原理,得到磁场中旋转运动圆板横向振动的非轴对称非线性磁弹性振动微分方程组。其次,采用贝塞尔函数作为圆板的振型函数进行伽辽金积分,得到了轴对称情况下横向振动的常微分方程组表达式。最后,针对主共振,取周边夹支边界条件的圆板作为算例,得到了当振型函数取一阶时,将磁感应强度、外激励振幅和激励频率作为控制参数的分叉图及庞加莱映射图等计算结果,并讨论了分叉参数对系统的分叉与混沌的影响。数值计算结果表明,这些控制参数的变化影响系统稳定性,在分叉参数逐渐变化的过程中,系统经历从混沌到多倍周期运动再到混沌的往复过程。     

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.     

混沌摆的建模和仿真

考察一类混沌演示实验装置——混沌摆. 应用拉格朗日方程建立四自由度无阻尼非线性自由振动的动力学方程.用数值仿真揭示系统存在准周期运动和混沌运动,并说明了混沌运动具有初值敏感性.     

一个混沌电路的建模与仿真

本文对一个混沌电路进行分析研究,建立了该电路的数学模型,并在此基础上进行了数值计算和Lyapunov指数的计算,得到了系统的分叉图,进而利用此数学模型进行计算机仿真,并将仿真结果与实验结果比较,证明了该数学模型的有效性。     

粘弹性桩的混沌运动分析

研究了在轴向载荷和周期性横向载荷共同作用下非线性粘弹性嵌岩桩的混沌运动情况。假定桩和土体分别满足Leaderman非线性粘弹性和线性粘弹性本构关系，得到的运动方程为非线性偏微分．积分方程；利用Galerkin方法将方程简化为非线性常微分一积分方程，同时利用非线性动力系统中的数值方法，进行了数值计算，得到了不同载荷参数、几何参数、材料参数时粘弹性桩发生周期运动、多周期运动及混沌运动的时程曲线、相图、功率谱、Poincare截面图，同时得到了挠度-载荷、挠度-几何参数、挠度-材料参数等分叉图，考察了各种参数的影响。数值结果表明非线性粘弹性桩在一定的条件下可以通过倍周期分叉的方式进入混沌运动状态，且桩的载荷参数、几何参数、材料参数对其运动状态有较大的影响。     

谐激励作用下输流曲管的混沌振动研究

研究了谐激励作用下输流曲管在系统参数区域内的混沌振动.基于牛顿法导出了输流曲管模型的非线性控制方程,并利用微分求积法对此方程在空间域进行离散,导出了输流曲管的非线性动力学方程组.在此基础上,对输流管道的动力响应进行了数值模拟.采用分岔、相平面、时间历程和庞加莱映射图等手段分析发现,在流速和激励频率的参数区域内,系统将可能发生包括混沌振动在内的多种运动形式.系统可经由倍周期分岔或概周期运动通向混沌.分析结果为工程输流管道模型的合理设计提供了参考.     

热环境中功能梯度圆形薄板的混沌运动

针对陶瓷-金属功能梯度圆板,同时考虑几何非线性、材料物性参数随温度变化且材料组分沿厚度方向按幂律分布的情况,应用虚功原理给出了热载荷与横向简谐载荷共同作用下的非线性振动偏微分方程。在固支无滑动的边界条件下,通过引入位移函数,利用伽辽金方法得到了达芬型非线性动力学方程。利用Melnikov方法,给出了热环境中功能梯度圆板可能发生混沌运动的临界条件。通过数值算例,给出了不同体积分数指数和温度的同宿分岔曲线,平面相图和庞加莱映射图,讨论其对临界条件的影响,证实了系统混沌运动的存在。通过分岔图和与其相对应的最大李雅普诺夫指数图,分析了激励频率和激励幅值对倍周期分岔的影响及变化规律,发现系统可出现周期、倍周期和混沌等复杂动力学响应。     

扁球面网壳的混沌运动研究

在圆形三向网架非线性动力学基本方程的基础上,用拟壳法给出了圆底扁球面三向网壳的非线性动力学基本方程．在固定边界条件下,引入了异于等厚度壳的无量纲量,对基本方程和边界条件进行无量纲化,通过Galerkin作用得到了一个含二次、三次的非线性动力学方程．为求Melnikov函数,对一类非线性动力系统的自由振动方程进行了求解,得到了此类问题的准确解．在无激励情况下,讨论了稳定性问题．在外激励情况下,通过求Melnikov函数,给出了可能发生混沌运动的条件．通过数字仿真绘出了平面相图,证实了混沌运动的存在．     

四自由度非线性系统的随机分岔混沌特性研究

以四自由度迟滞非线性随机振动模型为研究对象,以速度和位移立方的模型来模拟振动系统的迟滞非线性力,并以Monte Carlo法模拟随机位移激励,对迟滞非线性随机系统的动力学特性进行分析.通过系统的Poincare截面、分岔图及最大Lyapunov指数分析了系统迟滞非线性力各参数对系统混沌状态的影响.研究表明,非线性刚度系数对振动系统混沌状态的影响较小,线性阻尼项和线性刚度项次之,而非线性阻尼项的影响最为明显.不仅证明了非线性振动系统随机混沌振动现象的存在,更重要的是可以为非线性振动系统参数的合理取值提供理论依据.     

混沌振动压实动力学的仿真研究——（Ⅱ）压实性能

影响振动压路机压实性能的参数——压实参数，主要有：振动轮振幅A、激振频率ω、激振力Fs、力的传递比Rp(土壤受力Fs与激振力Fs之比)．本文通过对“混沌”与“普通”振动压路机压实参数的对比，来比较“混沌”与“普通”振动压路机的压实性能．结果表明：“混沌”振动压路机的压实优性能优于“普通”振动压路机．     

单轴转动截锥扁壳的全局分岔与混沌

考虑－受横向周期载荷作用下单轴转动的截锥扁壳，利用Melnikov方法讨论了该动力系统的同宿轨分岔，次谐分岔；并用数值方法进行模拟，研究该系统的混沌运动，从所得出的相平面图，时间历程图和庞加莱映射图业看，在一定参数组合下，该系统确实存在混沌运动。     

有界噪声激励下单摆-谐振子系统的混沌运动

研究了具有同宿轨道和周期轨道的可积单摆-谐振子系统在弱Hamilton摄动(即弱耦合摄动)和弱非Hamilton摄动(即阻尼和有界噪声微扰)下的混沌运动．用Melnikov方程预测Hamilton系统中可能存在混沌运动的参数域，并用Poincare截面验证解析结果．用数值方法计算了有阻尼与有界噪声激励下系统的最大Lyapun0V指数和Poincare截面，结果表明有界噪声在频率上的扩散减小了引发系统产生混沌运动的效应。     

复合材料层合板的混沌现象

本文通过计算机仿真，观察和研究了铲支艰称正交铺设层合板的周期运动、混沌运动以及它们各自的吸引子，其系统动力响应的形式，用时间历程图、相位状态图和Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射图来表示。结果表明，在受迫振动的对称正交铺设层合存在着混沌运动。     

考虑摆振的裂纹转子运动及阵发性混沌

在考虑含裂纹转子盘的摆振运动的情况 ,建立了盘的运动方程并进行数值求解。在裂纹很小时 ,横向振动是与转速相同的同频振动 ,而盘的摆振包含多种倍频成分。当裂纹较大时 ,横向振动会出现阵发性混沌。当摆振的幅值随时间不断增大到一定极限时 ,横向振动的稳定的周期或拟周期运动被打破 ,出现阵发性混沌。同时还出现通过拟周期进入混沌的现象。当裂纹很深时 ,会出现多个新的共振区 ,在此区域振幅迅速发散。盘的偏心距U的增大 ,会抑制混沌 ,使混沌运动锁定到周期运动