二次分叉数值分析方法及在多孔介质热对流上的应用

本文给出了数值计算具有Ｚ２对称性和双参数的非线性动力学方程二次分叉问题的具体方法,并用此方法计算了不同长宽比矩形区域内多孔介质热对流的二次分叉点和相应的流场和温度场分布。     

平方非线性振动系统1／2亚谐解的分析

采用二次近似的平均法，利用maple和matlab编制程序，对一类具有平方非线性的受迫振动系统进行了研究。得到该类系统主共振和1／2亚谐共振时的性态，研究发现对于二次非线性的系统只有采用二次近似才能得到较好的结果，并将该结果与数值积分的结果比较，发现所用的设解形式及二次近似均能较好的反映平方非线性项的影响。另外，研究还发现只有在一定的参数范围内才存在1／2亚谐解。本文的研究方法对分析非对称振动系统有一定参考价值。     

弹性屈曲梁在参数激励下的倍周期分叉

考虑一端具有干摩擦的屈曲梁在轴向激励下的非线性振动系统，利用Ｆｌｏｑｕｅｔ理论和谐波平衡法，研究了系统中初始屈曲度、阻尼、频率、激励振幅等各种物理参数对１／２业谐共振情况下倍周期分叉的影响，其规律与以往的数值模拟结果具有很好的一致性。     

发电机组转子轴系扭振模化系统的三重共振

建立了发电机组转子轴系扭振模化系统的数学模型，此模型具有平方非线性并受简谐激励作用．研究了系统的固有频率存在双重内共振关系ω３≈２ω２，ω２≈２ω１且Ω≈ω２时的三重共振问题．文中应用非线性振动的改进平均法，求得了系统三重共振的一次近似解，对三重共振的定常解进行了理论分析和数值计算，并进行了奇异性分析，文中指出三重共振解具有双饱和特性，对二种主要的理论分析和数值计算结果进行了实验验证，实验结果与理论结果相符．     

裂纹转子分叉、混沌行为研究中的映射延拓综合法

介绍一种能全面计算周期激励下非线性系统周期响应，拟周期响应和混沌响应的新算法－映射延拓综合法，它可方便地确定拟周期响应和混沌响应对应的系统参数区间。应用此算法对具有非线性刚度的裂纹转子系统裂纹扩展故障特征问题进行了研究，得到了以裂纹深度为分叉参数的系统稳态响应分叉解图。     

非线性周期参激系统的1：3共振分叉

本文从群的观点出发，建立了Ｚ３－等变的奇点理论。利用这个结果，我们讨论了非线性参数激励系统－－Ｍａｔｈｉｅｕ方程的１：３共振分叉。给出了非退化民政部下的全体分 图。数值模拟验证了我们的理论结果。     

简谐荷载作用下弹性地基上不可伸长梁的2次超谐共振响应研究

基于已建立的弹性地基上不可伸长梁的非线性动力学模型,利用梁的量纲归一化运动方程和多尺度方法求得梁2次超谐共振的幅频响应方程和位移的二次近似解。进而,运用梁的幅频响应曲线对其超谐共振响应特性进行研究,同时分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值、边界条件等对该共振响应的影响效应。结果表明:弹性地基模型中剪切参数的引入增大了梁2次超谐共振响应的幅值和多值区域;弹性地基Winkler参数的增加会抑制系统的共振响应,但同时会增加系统动力响应的软弹簧特性;在外激励幅值较小的情况下,系统共振响应未展现出明显的非线性特征;边界约束对弹性地基剪切参数作用于梁2次超谐共振响应的效应有显著影响,可在一定程度上改变系统响应幅值及多值区域。     

悬索在外激励作用下的1∶3内共振分析(II)∶数值结果

本研究的第一部分已经推导了悬索在第一阶面内对称模态主共振和第三阶面内对称模态主共振下的平均方程,其中考虑了这两阶模态之间1∶3内共振。本文对平均方程的稳态解、周期解以及混沌解进行了研究。利用Newton-Naphson方法和拟弧长的延拓算法确定了主共振情况下的幅频响应曲线,通过利用Jacobian矩阵的特征值判断幅频响应曲线中解的稳定性。在这些幅频响应曲线中,都存在超临界Hopf分叉,导致平均方程的周期解。以这些超临界Hopf分叉为起点,利用打靶法和拟弧长的延拓算法确定了两种主共振情况下的周期解分支,同时通过利用Floquet理论判断这些周期解的稳定性。然后利用数值结果研究了两种主共振情况下的周期解经过倍周期分叉通向混沌的过程。最后利用Runge-Kutta法研究了悬索两自由度离散模型的非线性响应。     

非线性弹性地基上矩形薄板受双频参数激励作用的非线性振动

应用弹性理论和Galerkin方法建立小挠度矩形薄板在非线性弹性地基上受两对均布纵向简谐激励作用的双模态非线性动力学方程。应用多尺度法求得系统满足双频主参数共振条件的一次近似解和对应的定常解,并进行了数值计算。分析了阻尼系数、地基系数、几何参数等对系统双频主参数共振的影响。     

悬索在外激励作用下的1:3内共振分析(Ⅱ):数值结果

本研究的第一部分已经推导了悬索在第一阶面内对称模态主共振和第三阶面内对称模态主共振下的平均方程,其中考虑了这两阶模态之间1∶3内共振.本文对平均方程的稳态解,周期解以及混沌解进行了研究.利用 Newton-Naphson 方法和拟弧长的延拓算法确定了主共振情况下的幅频响应曲线,通过利用 Jacobian 矩阵的特征值判断幅频响应曲线中解的稳定性.在这些幅频响应曲线中.都存在超临界 Hopf 分叉,导致平均方程的周期解.以这些超临界 Hopf 分叉为起点.利用打靶法和拟弧长的延拓算法确定了两种主共振情况下的周期解分支,同时通过利用 Floquet 理论判断这些周期解的稳定性.然后利用数值结果研究了两种主共振情况下的厨期解经过倍周期分叉通向混沌的过程.最后利用 Runge-Kutta 法研究了悬索两自由度离散模型的非线性响应.     

弯曲井眼中受压管柱的屈曲分析

本文通过微元体的变形和受力分析，导出了弯曲井眼中受压管柱的屈曲方程──一个合参数。的四阶非线性常微分方程。ε是一个综合考虑轴压（Ｆ０）、管柱截面抗弯刚度（ＥＪ）、井眼轴线轨迹曲车半径（Ｒ）以及共眼有效半径（ｒ）的无因次参数。本文利用线性化方法及小参数摄动法求得了屈曲方程的一次分叉点ε１及二次分叉点ε２。当ε＞ε１时，管柱处于稳定状态，对应于屈曲方程的零解；当ε２＜ε≤ε１时，管柱处于正弦屈曲状态，对应于屈曲方程的周期解；当ε≤ε２时，管柱处于螺旋屈曲状态，对应于屈曲方程的螺线解。本文给出的弯曲井眼中受压管柱的两个临界屈曲载荷（与两个分叉声、对应），发生螺旋屈曲时的螺距等理论结果与他人发表的实验结果吻合较好。     

两自由度非线性系统的参数共振

本文研究了两自由度非线性系统的参数共振问题。非线性因素包括阻力非线性和位移立方非线性两个方面。分别讨论了“非内共振”和“内共振”两种不同的情况。导出了各种共振条件下确定周期定态解的代数方程组,用近似解析法和数值计算方法求出周期定态解,并图示了非线性阻力变化时定态响应振幅对激励振幅和频率的解曲线特性,研究结果表明,跳跃现象存在,在非内共振情况下,两自由度非线性系统的参数共振仅表现为单自由度参数共振或组合参数共振;在内共振情况下,两个模态的耦合和能量交换使系统表现出复杂的性态,系统可能以外激励频率的1/2、1/4、1/6的频率振动;非线性阻力对系统的性态可产生重要的影响,如影响到周期定态解的存在性和存在区域、跳跃现象的存在性及某些性质等。     

Duffing 系统的主-亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.      

Duffing系统的主--亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.     

对称铺设正交各向异性层合板的亚谐参数共振

本文应用奇异性理论讨论了对称铺设正交各向异性层合矩形板的亚谐参数共振问题。主要内容是用Ｌｉａｐｕｎｏｖ－Ｓｃｈｍｉｄｔ方法结合Ｚ２－对称等变的概念，使分叉方程转化为代数方程的研究，同时给出了参数平面上不同参数域中各种可能的分叉曲线。     

悬索的多重内共振研究

本文对谐波激励的悬索的非线性响应进行了研究,同时考虑了如下问题(1):面内第三阶对称模态的主共振:(2):面内第一阶、第三阶对称模态和面外第五阶模态之间的内共振.本方首先针对考虑大变形的悬索动力学方程,由线性理论求得各阶频率,考察可能出现的内共振.然后利用直接法对悬索的运动学方程和边界条件进行非线性求解.由多尺度法得到系统的平均方程和悬索响应的二阶近似解.随后利用Newton-Raphson 方法和弧长法对特定张拉索进行数值仿真计算,得到面内第一阶对称模态、面内第三阶对称模态和面外第五阶模态的稳态解,并分析了解的稳定性.绘制幅频响应曲线,发现了关于悬索响应的多种分叉现象,并且对各种分叉现象周期解、混沌解进行了讨论.     

非线性转子-轴承系统的周期解及近似解析表达式

通过对普通打靶方法进行改造提出一种确定非线性系统周期轨道及周期的新型打靶算法。首先通过改变系统的时间尺度，将非线性系统周期轨道的周期显式地出现在非线性系统的系统方程中，然后对传统打靶法进行改造，将周期也作为一个参数一起参与打靶法的迭代过程，迭代过程包含对周期轨道和周期的求解，迭代过程中的增量通过优化方法选择，从而能迅速确定出系统的周期轨道及其周期。应用所求的结果结合谐波平衡方法求得了非线性系统的周期轨道的近似解析表达式，理论上通过增加谐波的阶数任何精度的周期解都可以得到。最后将该方法应用于非线性转子轴承系统，求出了在某些参数下转子的周期解及其近似解析表达式，通过与四阶Runge-Kutta数值积分结果比较，验证了方法的有效性，计算结果对于转子系统运动的定量控制有重要理论指导意义。     

发电机组转子轴承扭振双重共振的理论与实验研究

建立一个具有平方非线性受简谐激励发电机组转了轴系扭振的截断模型,应用非线笥振动的平均法,得到了系统当ω２≈２ω１,Ω≈ω１时双重共振的一次近似解及对应的稳态解,揭示了系统的响应曲线存在跳跃现象。响应曲线随物理参数的不同取值其拓朴结构会发生变化。在内共振欠调谐时,系统的频响应曲线呈软特性;在内共振完全调谐时,频响曲线左、右对称,呈Ｍ型;在内共振过调谐时,频响曲线表现为硬特性,理论分析与实验结果相符。     

复合材料层合板1:1参数共振的分岔研究

针对复合材料对称铺设各向异性矩形层合板的物理模型,在同时考虑了材料、阻尼和几何等非线性因素后,建立了二自由度非线性参数振动系统动力学控制方程,并应用多尺度法求得基本参数共振下的近似解析解,利用数值模拟分析了系统的分岔和混沌运动.指出了伽辽金截断对系统动力学分析的影响,以及系统进入混沌的途径.     

多频激励滞后非线性的系统的组合共振分叉与奇异性

本文利用平均法研究了一类多频激励滞后非线性系统的组合共振，得到了该系统产生的组合共振分叉解，并讨论了该系统的奇异性，同时，本文还研究了系统参数对组合共振响应的影响，最后，数值仿真验证了本文结论的正确性。