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.     

三自由度气浮台自动平衡系统动力学建模

为了在地面模拟卫星的姿态运动,三自由度气浮台的回转中心应与重心重合,并且各轴与对应卫星各轴应具有相等的转动惯量,实现1∶1模拟,这样执行机构的控制力矩矢量与实际卫星相同;或两者的角加速度相一致,以模拟卫星在外层空间所受干扰力矩很小的力学环境.当重心相对于回转中心存在漂移时产生静态不平衡;主惯性轴相对于回转轴存在漂移时会产生动态不平衡.该文阐述了三自由度气浮台的平衡步骤以及手动平衡和自动平衡技术,推导了三自由度气浮台自动平衡动力学公式,并对平衡过程进行了数值仿真,仿真结果表明自动平衡调节可以使平台浮起部分的摆动周期延长至约1300 s.     

Duffing系统随机分岔的全局分析

应用广义胞映射方法研究了在谐和与随机噪声联合作用下的Dnmng系统的随机分岔现象．对于随机Dnmng系统，以吸引子形态的突然变化，描述一类随机分岔现象．数值结果表明，随着随机激励强度的逐渐增大，当随机激励强度通过临界值时，随机系统的吸引子与其吸引域边界(吸引域)上的鞍碰撞，发生分岔现象．比较结果表明，在同样的参数区域内，Lyapunov指数均为负值，也就是说，在Lyapunov指数意义下，无法发现这种随机分岔现象．     

高维非线性系统的全局分岔和混沌动力学研究

综述了Melnikov方法的发展历史, 从1963年苏联学者Melnikov提出该方法开始, 一直到目前广义Melnikov方法的提出和发展. Melnikov方法的发展历程可以概括为3 个阶段, 分别综述了每一个阶段Melnikov方法的扩展和应用, 论述了国内外在该方向的研究现状和所获得的主要结果, 指出了各种Melnikov方法之间的联系、存在的问题和不足. 为了对比两种研究高维非线性系统多脉冲混沌动力学的理论, 本文综述了另外一种全局摄动理论, 即能量相位法, 总结了该方法十几年来的发展历史以及国内外的理论研究成果和工程应用实例, 阐述了能量相位法发展的根源以及与Melnikov方法的内在联系, 比较了能量相位法和广义Melnikov方法两种理论研究对象的差别, 以及各自所存在的不足和问题. 简要论述了能量相位法和广义Melnikov方法的理论体系, 并利用广义Melnikov方法分析了四边简支矩形薄板的多脉冲混沌动力学, 数值模拟进一步验证了理论研究的结果. 最后, 详细综述了两种理论的缺点和不足, 说明今后全局摄动理论的发展方向.     

微重力落塔精密三自由度电磁释放控制系统

在微重力落塔释放载荷舱时,由于机械应力、摩擦力等的干扰,会产生旋转力矩和加速度突变,影响载荷舱内的微重力水平。为此,提出了通过主动控制释放电磁力减缓应力影响以提高微重力水平的工作方式。首先对舱体的姿态与位置进行了动力学解耦分析。然后对三自由度控制模型进行了研究,并提出了优化的释放过程运动规划曲线。对比了多种不同释放方式和释放策略的仿真结果,最后设计了释放系统样机,实现了上述电磁释放的运动规划与闭环控制。实验结果表明,与直接释放相比较,所提出方案可以实现载荷舱在0.15 s内从零加速度到重力加速度的平稳过渡,水平方向的加速度扰动幅值降低到3.7%,有效减缓释放过程中的转动干扰,提高载荷舱内的微重力水平。     

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。     

一类振动方程周期解的全局分岔

本文利用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ函数方法，通过分析无穷远处轨线的性质，研究一类柱面振动方程周期解的全局分岔问题，获得了第二类闭轨存在性和唯一性的条件。     

非线性转子——轴承系统1／2亚谐共振全局分岔研究

本文以采用短轴承模型的具有不平衡质量单园盘非线性刚性转子－－轴承变研究对象，利用中心流形定理和平均法相结合的方法，以及Ｔａｋｅｎｓ又特性值理论方法，在其临界点处对其有１／２亚谱共振情况下的周期振动、调幅和调相振动、以及同窠、异宿轨道的分岔性态进行了研究，给出了控制系统稳定运行的结构参数区域，为大型复杂转子系统的油膜失稳控制提供了某些理论依据。     

基于倍周期分岔的系统混沌参数区域预测

提出了利用倍周期分岔原理寻求系统的混沌参数区域的方法。该方法根据动力系统的一些基本理论，从倍周期分岔途径出发，通过解析方法，得到了Holmes型Duffing系统的混沌参数区域，并通过数值仿给以了验证。     

强迫范德波振荡的全局分岔的过渡区

本文研究强迫范德波振范在一指定参数平面内的分岔结构，参数平面内特别地包含中等参数域；单个亚谐解１／（２Ｋ＋１）的主模态锁定区顺序排列，并且由地渡区相间隔是分岔的主要结构；提示了有两类过渡区，（１）简单的，牲介转动数为１／（２Ｋ＋１）的两个模态锁定解共存；（２）复杂的，其中模态锁定觚发子区的解的转 是介于１／（２Ｋ＋１）和１／（２Ｋ－１）之间的分数以及准周期、混沌解的存在，并发生鞍结分岔、对称破缺分     

齿轮传递系统振动功率流特性研究

从振动噪声传递的经典模型(即振源-路径-接受体)出发，分别对轴、轴承、箱体建立模型，进行动力学分析，其中把轴看作受到广义力作用下的空间梁，应用传递矩阵法推导其导纳矩阵；轴承采用Lim模型，箱体看作一个刚体模型。采用子结构导纳方法，推导了传递到子系统的功率流表达式，研究不同阻尼比对传递到箱体和系统的功率流的影响，为进一步研究齿轮箱类结构振动特性奠定分析基础。     

Duffing系统在双参数平面上的动力学特性分析

将单参数最大Lyapunov指数的计算推广到双参数平面上,数值计算Duffing系统在双参数平面上的最大Lyapunov指数,得到系统在参数平面上周期运动、混沌运动、各种分岔曲线的参数区域;结合系统单参数分岔图、相图、庞加莱截面图讨论了系统在参数平面上的分岔混沌过程以及阻尼系数对系统双参数特性的影响。结果表明:在双参数平面上系统出现了周期跳跃、周期倍化分岔、叉式分岔等复杂的分岔曲线,而且这些分岔曲线随阻尼系数的增加不断发生着复杂变化;得到系统在以往单参数分岔过程中很少出现的分岔曲线相交、嵌套、演变等特殊现象;阻尼系数对系统双参数耦合动力学特性有重要的影响。本文对工程中其它多参数系统的参数耦合特性的研究具有一定的参考价值。     

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．     

随机扰动的同宿分岔系统研究

利用一维扩展过程的奇点理论并结合能量包络的随机平均法，考查“隐藏在余维２分岔点之后”的同宿分岔系统受参激白噪声影响的分岔行为。     

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.     

油膜支撑双盘转子-轴承系统周期运动稳定性与分岔

建立了考虑油膜支撑的双盘转子-轴承系统多自由度模型, 将与Newmark结合的延拓打靶法应用到多自由度系统的周期稳定性分析中. 主要研究双盘转子-轴承系统在转盘偏心量、偏心初始相位、轴承间隙、润滑油动力黏度以及轴承长径比5个参数域内的变化规律,得到一些有益结论: 该系统的周期运动主要以倍周期或拟周期分岔而失稳; 采用较小的转盘偏心量或增大转盘的初始偏心相位差可以提高失稳转速; 为抑制系统过早失稳, 应适当提高轴承长径比和尽可能采用较小的轴承间隙; 在选用润滑油时, 并非其动力黏度越大越好, 动力黏度较小的润滑油反而可以适当提高系统失稳转速. 研究方法和结果为相关及更为复杂的转子-轴承系统的稳定性设计及振动控制提供了理论参考.      

齿轮传动系统共存吸引子的不连续分岔

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.     

一类空间连续系统稳定性与分岔的数值研究

空间连续系统的非线性动力学研究，由于其工程背景与复杂性，近年来越来越受到重视。局部狭窄圆管内的流体流动即为空间连续系统。本文采用有限差分方法，将由偏微分方程组描述的空间连续系统约化为由常微分方程组描述的高维离散动力系统。求得了动力系统的平衡解及判断其稳定性的最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数，求得了动力系统的前三个Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数，以此作为系统是否出现分岔的判别条件。     

橡胶隔振系统非线性振动参数识别与特性研究

建立单自由度非线性系统基础激励正弦扫描试验的数学模型,并针对多项式非线性阻尼与多项式非线性弹簧并联的橡胶隔振系统求解了数学模型.进而在此框架下通过正弦扫描振动试验,采用共振峰值法识别了橡胶隔振器的非线性阻尼与刚度系数,研究了不同振动量级下小型橡胶隔振器的振动特性.     

神经网络时滞系统非共振双Hopf分岔及其广义同步

本文建立了具有自连接和抑制-兴奋型他连接的两个同性神经元模型。其中自连接是由于兴奋型的突触产生,而他连接则分别对应于两神经元兴奋、抑制型的突触。发现如果有兴奋型自连接就会有双Hopf分岔,而没有时滞自连接时双Hopf分岔就会消失,因此自连接引起了双Hopf分岔。作为一个例子,通过变动连接中的时滞和他连接中的比重,1／√2双Hopf分岔得到了详细研究。通过中心流形约化,分岔点邻域内各种不同的动力学行为得到了分类,并以解析形式表出。神经元活动的分岔路径得以表明。从得到的解析近似解可以发现,本文所研究的具有兴奋一抑制型他连接的两相同神经元的节律不能完全同步而只能广义同步。时滞也可以使其节律消失,两神经元变为非活动的。这些结果在控制神经网络关联记忆和设计人工神经网络方面有着潜在的应用。