Bifurcation analysis of a double pendulum with internal resonance

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｍａｙｅｘｈｉｂｉｔｃｏｍｐｌｅｘｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆａｃｏｍｐｏｕｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔ[1].ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅＪａｃｏｂｉａｎｅｖａｌｕａｔｅｄａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｐｏｉｎｔ,ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｍａｙｂｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ,ｉｎｇｅｎｅｒａｌ,ａｓｃｏ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｎｅ,ｃｏ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｔｗｏ,ｅｔｃ.[2].Ｗｈｅｎｏ…     

用微分求积方法计算二维薄板在超音速流中的非线性颤振

采用了一种微分求积方法将二维薄板在超音速气流作用下的非线性动力学方程,并用Runge-Kutta数值方法进行了计算.为验证微分求积方法的结果,与伽辽金方法计算结果进行了比较,取得了一致的结果.微分求积法的计算结果用分叉图、相平面、时域曲线以及功率谱进行了描述,结果表明在特定的参数区间存在混沌运动,而通向混沌的道路是经过一系列周期倍化分叉产生的.     

摆动河槽水动力稳定性特征分析

河流形态与水动力结构息息相关,形态约束水动力结构,水动力结构则通过泥沙运动进一步塑造形态,在自然界河流中形成一对辩证互馈关系.天然河流形态形式多样,大致可以分为顺直、微弯、分叉和散乱游荡几种类型,其中微弯及多个弯曲构成的河型为河流动力演化中最重要的一环.多个弯曲构成的河型可用正弦派生曲线来描述,它也是天然河流主槽与水动力结构复杂相互作用的结果.作为探讨这一过程的力学作用机理,构建摆动槽道并研究槽道摆动与其内部流动结构的互馈关系,既是流体力学研究的热点内容,也是目前河流动力过程研究的基础内容.在此重点讨论这一互馈关系前一部分,即水流对摆动边界的响应.文中建立了随体坐标系下摆动河槽与内部水流动力响应理论模型,通过给定摆动弯曲槽道的不同特征参数,研究讨论了正弦派生型摆动边界下的槽道水流动力稳定性特征,明确了弯曲槽道摆动对其内部主流及扰动水流结构的影响,确定弯曲槽道摆动波数、摆动频率对扰动流发展影响的相应参数定量关系,得到了槽道弯曲度和摆动特征对其内部水流不同尺度扰动影响的阈值选择性范围.     

圆Couette流混沌现象的实验研究

本文用流动显示和激光散射功率谱观泌了圆Couette流中的混沌现象,发现有两条导致弱湍流激发的道路:一条是从准周期运动到混沌,另一条是阵发混沌,对于这两条道路在诸转变阈值上的巨大差别,作者用弱非线性作用局域有效的新观点给出物理解释。     

超声速平板边界层斜波失稳转捩过程研究

以5阶迎风和6阶对称紧致格式混合差分求解三维可压缩滤波Navier-Stokes方程,对Mach 数为4.5, Reynolds数为10000的空间发展平板边界层湍流进行了大涡模拟. 时间推进采用 紧致存储3阶Runge-Kutta方法,亚格子尺度模型为修正Smagorinsky涡黏性模型. 通过在 入口边界叠加一对线性最不稳定第一模态斜波扰动,数值模拟得到了平板层流边界层失稳转 捩直至湍流的演化过程. 对流场转捩过程中瞬时量及统计平均量的分析表明,数值模拟结果 与理论吻合,得到的Y型剪切层、交替\Lambda涡结构以及转捩后期的发卡涡结构的发展 变化与相关文献结果一致,湍流流谱定性合理.     

非惯性参考系中弹性薄板动力系统在纵横振动相互耦合时的全局分岔及混沌性质

讨论非惯性参考系中弹性薄板动力系统１∶１内共振时的全局分岔及其混沌性质．首先对系统的奇点进行了分析，进而得到了奇点附近同宿轨的参数方程，再用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法研究了系统的同宿轨分岔及其混沌运动．研究表明，对各种不同共振情形，系统将由同宿轨分岔过渡到混沌运动．最后用数值仿真证实了理论分析的结果．     

NONLINEAR VIBRATION OF THE COUPLED STRUCTURE OF SUSPENDED-CABLE-STAYED BEAM-1:2 INTERNAL RESONANCE

Through the Galerkin method the nonlinear ordinary differential equations （ODEs） in time are obtained from the nonlinear partial differential equations （PDEs） to describe the mo- tion of the coupled structure of a suspended-cable-stayed beam. In the PDEs, the curvature of main cables and the deformation of cable stays are taken into account. The dynamics of the struc- ture is investigated based on the ODEs when the structure is subjected to a harmonic excitation in the presence of both high-frequency principle resonance and 1：2 internal resonance. It is found that there are typical jumps and saturation phenomena of the vibration amplitude in the struc- ture. And the structure may present quasi-periodic vibration or chaos, if the stiffness of the cable stays membrane and frequency of external excitation are disturbed.     

Poiseuille-Bénard流的出口边界条件及其谱元法计算

研究二维矩形管道中底部加热的不可压缩Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ－Ｂｅｎａｒｄ流的谱元法数值计算问题．讨论各种不同的出口边界条件的处理及其对谱元法数值模拟的影响．通过干扰区、干扰幅度和计算时间的比较,确定比较理想的出口边界条件．     

格子Boltzmann方法模拟多孔介质惯性流的边界条件改进

格子Boltzmann方法可以有效地模拟水动力学问题,边界处理方法的选择对于可靠的模拟计算至关重要.本文基于多松弛时间格子Boltzmann模型开展了不同边界条件下,周期对称性结构和不规则结构中流体流动模拟,阐述了不同边界条件的精度和适用范围. 此外,引入一种混合式边界处理方法来模拟多孔介质惯性流, 结果表明:对于周期性对称结构流动模拟,体力格式边界条件和压力边界处理方法是等效的,两者都能精确地捕捉流体流动特点; 而对于非周期性不规则结构,两种边界处理方法并不等价,体力格式边界条件只适用于周期性结构;由于广义化周期性边界条件忽略了垂直主流方向上流体与固体格点的碰撞作用,同样不适合处理不规则模型;体力-压力混合式边界格式能够用来模拟周期性或非周期性结构流体流动,在模拟多孔介质流体惯性流时,比压力边界条件有更大的应用优势,可以获得更大的雷诺数且能保证计算的准确性.      

A Second-Order Approximation of Multi-Modal Interactions in Externally Excited Circular Cylindrical Shells

We investigate the nonlinear response of an infinitely long, circularcylindrical shell to a primary-resonance excitation of one of itsflexural modes, which is involved in a one-to-two internal resonancewith the breathing mode. The excited flexural mode is involved in aone-to-one internal resonance with its orthogonal flexural mode. Thereare two simultaneous internal (autoparametric) resonances: two-to-oneand one-to-one. The method of multiple scales is directly applied to thepartial-differential equations to obtain a system of six first-ordernonlinear ordinary-differential equations governing modulation of theamplitudes and phases of the three interacting modes. In the absence ofdamping, the modulation equations are derivable from a Lagrangian,reflecting the conservative nature of the system. The modulationequations are used to study the equilibrium and dynamic solutions andtheir stability and hence their bifurcations. The response may be eithera two-mode or a three-mode solution. For certain excitation parameters,the equilibrium three-mode solutions undergo Hopf bifurcations. Acombination of a shooting technique and Floquet theory is used tocalculate limit cycles and their stability, and hence theirbifurcations.     

矩形液池热毛细对流转捩途径研究

主要研究矩形液池热毛细对流的分岔转捩. 通过测量流体内部温度振荡情况, 详细研究了热毛细对流的转捩过程和转捩途径. 实验发现, 矩形液池热毛细对流的转捩过程依次经历了定常、规则振荡、不规则振荡的阶段. 对于不同普朗特数的硅油在不同长高比情况下, 通向混沌的途径不同. 在转捩过程中, 随着温差的增加, 普朗特数在16 (1cSt) 以下和普朗特数为25 (1.5cSt)、长高比为26 的硅油热毛细对流主要以准周期分岔的转捩方式为主;而普朗特数为25 以上的则以倍周期分岔的转捩方式为主;两种分岔有时还会伴随有切分岔形式的出现.实验中还观察到了表面波动和对流涡胞振荡等现象.      

RESEARCH IN STABILITY OF PERIODIC MOTION,BIFURCATION AND CHAOS IN A VIBRATORY SYSTEM WITH A CLEARANCE

A two-degrees-of-freedom vibratory system with a clearance or gap is under consideration based on the Poincard map. Stability and local bifurcation of the period-one doubleimpact symmetrical motion of the system are analyzed by using the equation of map. The routes from periodic impact motions to chaos, via pitchfork bifurcation, period-doubling bifurcation and grazing bifurcation, are studied by numerical simulation. Under suitable system parameter conditions, Neimark-Sacker bifurcations associated with periodic impact motion can occur in the two-degrees-of-freedom vibro-impact system.     

具有单侧刚性约束的两自由度振动系统在强共振条件下的拟周 …

采用理论分析和数值仿真相结合的方法,研究了一类两自由度碰撞振动系统在一种强共振条件下的Ｈｏｐｆ分叉问题,分析并证实了碰撞振动系统在此共振条件下可由稳定的周期１－１振动分叉为不稳定的周期３－３振动,讨论了亚谐振动向混沌运动的演化过程。     

低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

一类含间隙振动系统的周期运动稳定性、分岔与混沌形成过程研究

建立了两自由度含间隙振动系统对称周期碰撞运动的Poincaré映射方程,讨论了该映射不动点的稳定性与局部分岔.通过数值仿真研究了含间隙振动系统对称周期碰撞运动经叉式分岔、倍化分岔、"擦边"奇异性向混沌转迁的全局分岔过程.     

EXACT SOLUTION TO THE PROBLEM OF FLOW OF SLIGHTLY COMPRESSIBLE FLUIDS IN A BOUNDED CONFINED “PRACTURE-PORE” MEDIUM AND ITS APPLICATION TO WELL TESTING

The problem of flow of slightly compressible fluids through a bounded confined fracture-pore medium is solved and studied thoroughly in this paper. Some essential natures of flow of elastic liquids through a medium with double porosity under the condition of neglecting the flow in matrix system were revealed and clarified further. The method of estimating all parameters commonly interested in a bounded confined fracture-pore medium reservoir through a series of flow tests in wells by use of the solution obtained is presented.