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.     

谐和与窄带随机噪声联合作用下Duffing系统的参数主共振

研究了Ｄｕｆｉｎｇ振子在谐和与窄带随机噪声联合激励下的参数主共振响应和稳定性问题．用多尺度法分离了系统的快变项，并求出了系统的最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数．本文还分析了失稳及跳跃现象，及系统的阻尼项、非线性项、随机项、确定性参激强度对系统响应的影响．数值模拟表明本文提出的方法是有效的．     

Duffing系统随机共振现象的实验研究

用电子线路模拟的方法对Ｄｕｆｆｉｎｇ系统进行随机共振（ＳＲ）实验研究，证实了Ｄｕｆｆｉｎｇ系统中ＳＲ现象的存在，通过改变系统参数，输入信号和噪声强度等，从不同方面研究了ＳＲ的特性，将绝热近似理论与实验结果进行了比较。     

Duffing系统解的转迁集的解析表达式

通过对非线性Ｄｕｆｉｎｇ方程解的稳定性进行研究，得到了其周期一解失稳的转迁集的解析表达式，同时应用广义牛顿法，得到了Ｄｕｆｉｎｇ方程对称破缺分岔转迁集的解析表达式，与Ｕｅｄａ用模拟计算机的方法和Ａ．Ｙ．Ｔ．Ｌｅｕｎｇ用增量谐波平衡数值方法的结果吻合良好，克服了用模拟计算机或数字计算机确定物理参数平面上的转迁集计算工作量十分大的困难．     

非线性振子的主共振——基本参数共振

在本文里我们用多尺度法和数值方法研究了非一性振动系统在主共振－－基本参数共振时的分岔响应，得所结果说明在这个系统里存在着主共振与基本参数共振之间的相互作用。     

1／2亚谐共振──主参数共振情况下非线性振动系统的余维2退化分叉

本文应用Normal Form理论和退化向量场的普适开折理论研究了参数激励与强迫激励联合作用下非线性振动系统的余维2退化分叉,用Melnikov方法讨论了全局分叉的存在性.     

强非线性系统的亚谐共振解和其转迁集

本文通过非线笥时间变换，引入共振关系式，求出了强非线性振动系统主共振解和亚谐解。进而求得Ｄｕｆｆｉｇｎ方程主共振解以及从主共振取１／３亚谐分岔的转迁集，与ＩＨＢ（Ｉｎｃｃｒｍｅｎｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｌ Ｂａｌａｎｃｃ）方法的结果比较表明，两者吻合良好。     

非线性转子——密封系统低频失稳机理研究：不平衡系统的亚谐共振

本文采用Ｍｕｓｚｙｎｓｋａ密封力模型分析单圆盘转子－－密封系统的低频自激振动。文（１）研究了平衡转子的稳定性和分岔，本文研究不平衡转子在临界平衡点附近自激振动（周期扰动Ｈｏｐｆ分岔）的亚谐共振，给出了不同参数条件下的振动性态，为识别转子的亚谐共振故障及预防提供了一些新理论依据。     

分数阶达芬振子的超谐与亚谐联合共振

研究了含分数阶微分项的达芬(Duffing)振子的超谐与亚谐联合共振.采用平均法得到了系统的一阶近似解析解,提出了超、亚谐联合共振时等效线性阻尼和等效线性刚度的概念.建立了联合共振定常解幅频曲线的解析表达式,并对联合共振幅频响应的近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,证明了求解过程及近似解析解的正确性.然后,将等效线性阻尼和等效线性刚度的概念与传统整数阶系统进行比较,证明分数阶微分项不仅起着阻尼的作用同时还起着刚度的作用.最后,通过数值仿真研究了不同的分数阶微分项系数和阶次对联合共振幅频曲线多值性和跳跃现象的影响,并与单一频率下超谐共振或亚谐共振进行了对比.研究发现,分数阶微分项系数与阶次不仅影响着系统的响应幅值、共振频率,同时还对系统的周期解个数、发生区域面积、发生先后等有重要影响.并且,在不同的基本参数下该系统分别表现出单独超谐共振、单独亚谐共振以及超谐共振和亚谐共振同时存在的现象.这些结果对系统动力学特性的研究具有重要意义.     

一类多自由度强非线性振动系统主共振的渐近解法

提出一种渐近方法用来处理一类多自由度强非线性自治振动系统，它是新渐近方法￣［１］的推广。本方法适用于主共振情形，我们建立了振幅和相位所满足的方程。文末用两个例子说明本方法的有效性。     

分数阶Duffng振子的超谐共振

研究了含分数阶微分项的Duffing振子的超谐共振,通过平均法得到了系统的一阶近似解. 提出了超谐共振时等效线性 阻尼和等效线性刚度的概念,分析了分数阶微分项的系数和阶次对等效线性阻尼和等效线性刚度的影响. 建立了超谐共振解的幅频曲线的解析表达式和稳定性判断准则,对分数阶Duffing振子与传统整数阶Duffing振子的超谐共振解进行了比较. 最后通过数值仿真研究了分数阶微分项的参数对超谐共振幅频曲线的影响.     

基于速度反馈分数阶PID控制的达芬振子的主共振.

与传统整数阶比例-积分-微分(PID)控制器相比,分数阶比例-积分-微分控制器由于增加了两个控制参数,因此能够更灵活地控制受控对象.研究了基于速度反馈分数阶比例-积分-微分控制的达芬振子的主共振,利用平均法获得了系统的近似解析解.研究发现分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节以等效线性阻尼的形式影响系统的共振振幅,积分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,微分环节以等效线性阻尼和等效质量的形式影响系统的动力学特性.建立了主共振幅频响应方程的解析表达式和稳定性判断准则,并对主共振幅频响应的近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,验证了求解过程和近似解析解的正确性.分析了分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节系数、积分环节系数、微分环节系数以及分数阶阶次变化时,对系统主共振幅频响应的影响.对分数阶比例-积分-微分控制器与传统整数阶比例-积分-微分控制器的控制效果进行了对比,发现当控制器各个环节的系数相同时,基于速度反馈的分数阶比例-积分-微分控制对达芬振子主共振的控制效果要优于传统整数阶比例-积分-微分控制.      

有界窄带激励下具有黏弹项的Duffing振子

讨论含线性黏弹项的Duffing振子对有界窄带随机激励的响应.用多尺度法分离了系统的稳态平均运动及随机摄动,讨论了系统的黏弹项对阻尼和刚度的效应,得到了系统随机均方响应的近似表达式.分析结果表明:在一定条件下,对应于同一解谐参数,系统有2个稳定的稳态平均运动,从而导致随机均方响应有2值解.数值模拟肯定了上述分析结果。     

横向荷载作用下弹性地基上梁的主共振分析

基于Winkler地基模型及Euler-Bernoulli梁理论,建立了弹性地基上有限长梁的非线性运动方程.运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,并利用多尺度法求得该系统主共振的一阶近似解.分析了长细比、地基刚度、外激励幅值和阻尼系数等参数对系统主共振幅频响应的影响,然后通过与非共振硬激励情况对比分析主共振对其动力响应的影响.结果表明:主共振幅频响应存在跳跃和滞后现象;阻尼对主共振响应有抑制作用;主共振显著增大系统稳态动力响应位移.     

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。     

强共振情况下冲击成型机的亚谐与Hopf分岔

通过理论分析与数值仿真研究了双质体冲击振动成型机的周期运动在强共振条件下的亚谐分岔与Hopf分岔，证实了此系统的1／1周期运动在强共振(λ0^4=1)条件下可以分岔为稳定的4／4周期运动及概周期运动．讨论了冲击映射的奇异性，分析了冲击振动系统的“擦边”运动对强共振条件下周期运动及全局分岔的影响。     

FIXED POINT CHAOS AND FOLD/FOLD BURSTING OF A CLASS OF DUFFING SYSTEMS AND THE MECHANISM ANALYSIS 1)

本文主要探究了一类含有两个慢变量的双稳态 Duffing 型系统,通过时间历程图、相图、分岔图等对系统进行数值模拟,然后从理论上分析不同参数下系统的动力学机理. 首先,研究发现当振幅参数取值大于 1 时,系统会表现出不动点混沌现象,并进一步解释了产生不动点混沌的机理. 其次, 介绍了参数空间中的簇发振荡现象,即系统穿过鞍结曲面的一侧到达另一侧所发生的行为,这里也称为鞍结簇发振荡. 事实上,当系统穿过鞍结曲面的时候,它的平衡点个数发生了变化. 然后,使用纵向抛物线路径说明了 Fold/Fold 簇发振荡产生的机理,发现无论常系数项和振幅的取值为多少,只要满足一定的关系,总会产生 Fold/Fold 簇发振荡,之后使用线性路径阐明了新增常系数项会使得系统发生簇发振荡的原因. 并且发现路径与鞍结曲面交点的位置会影响簇发振荡的对称性;路径的跨度会影响簇发振荡的大小. 最后,使用多拐折曲线路径讨论当两个激励项存在 $n$ 倍关系时系统产生的现象. 结果表明当 $n=3$ 时,常系数项的变化会使得系统表现出不同重数的 Fold/Fold 簇发振荡,最高可达到三重簇发振荡. 并且发现在理想状况下如果可以找到一条路径可以分割为 $n$ 段,并且每一段都会与鞍结曲面有交点,那么会产生 $n$ 重 Fold/Fold 簇发振荡.     

SD振子的设计及非线性特性实验研究初探

具有光滑与不连续转迁特征的SD振子发现和提出以来, 引起了广泛关注. 基于双稳系统大位移特征的测量法困难, SD振子的实验研究还未见报道. 该文提出并设计了具有SD振子系统光滑特征的非线性实验装置, 用实验的方法揭示由几何关系产生的强非线性系统的非线性动力学行为. 设计的非线性实验装置基本振动参数均有良好的可调性和可测量性, 对SD振子在不同频率及幅值的简谐激励作用下的非线性动力学响应进行了实验研究. 为克服大位移测量难题, 研究采用高速摄像机采集振子振动视频信号并进行分析. 结果表明, SD振子系统在一定的参数条件下会产生周期振动、周期5振动及混沌运动等复杂非线性动力学现象, 在相同实验参数条件下进行了数值仿真, 仿真结果与实验结果一致.