一个分段Sprott系统及其混沌机理分析

提出了一个分段Sprott系统,对其混沌机理进行了分析.根据Shilnikov定理,在满足异宿轨道基本特性、Shilnikov不等式和特征方程条件下,通过寻找该系统中由不稳定流形、异宿点和稳定流形三个几何不变集上所形成的一条异宿轨道,在分段Sprott系统中导出了存在异宿轨道时该系统中各个参数应符合的条件, 并找到了一组对应的实参数,由此证明了异宿轨道的存在性.最后,根据这组对应的实参数,进行了电路设计与实验验证. 关键词： 分段Sprott系统 Shilnikov定理 异宿轨道 电路实验     

自旋轨道耦合的23Na自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图的研究

利用阻尼映射Gross-Pitaevkii方程, 研究了二维体系中自旋轨道耦合的 ²³Na自旋-1 玻色-爱因斯坦凝聚体中的涡旋斑图, 探索自旋轨道耦合强度对涡旋斑图的影响. 研究发现, 较弱的自旋轨道耦合就可以完全破坏不考虑自旋轨道耦合情况下出现的周期性涡旋晶格; 在自旋轨道耦合较强的情况下, 各自旋态的涡旋易形成涡旋组, 它们绕凝聚体中心形成花瓣状涡旋斑图. 关键词： 玻色-爱因斯坦凝聚体 自旋 涡旋     

谐和激励与有界噪声作用下具有同宿和异宿轨道的Duffing振子的混沌运动

研究了具有同宿轨道、异宿轨道的双势阱Duffing振子在谐和激励与有界噪声摄动下的混沌运动.基于同宿分叉和异宿分叉，由Melnikov理论推导了系统出现混沌运动的必要条件及出现分形边界的充分条件.结果表明：当Wiener过程的强度参数大于某一临界值时，噪声增大了诱发混沌运动的有界噪声的临界幅值，相应地缩小了参数空间的混沌域，且产生混沌运动的临界幅值随着噪声强度的增大而增大.同时数值计算了最大Lyapunov指数，由最大Lyapunov指数为零从另一角度得到了系统出现混沌运动的有界噪声的临界幅值，发现在Wi 关键词： 混沌 同宿和异宿分叉 随机Melnikov方法 最大Lyapunov指数     

利用干涉光场的相位涡旋测量拉盖尔-高斯光束的轨道角动量

对拉盖尔-高斯光束经多圆孔衍射屏在远场平面上形成的干涉光场的相位和零值线进行了计算模拟.当入射光束的轨道角动量量子数为零时,实部零值线与虚部零值线在干涉光场中心点不相交,因而在该点上不能形成相位涡旋.当入射光束的轨道角动量量子数为+1和-1时,实部零值线与虚部零值线在干涉光场中心垂直并相交,干涉光场相应位置处的相位涡旋的符号相反.当入射光束的轨道角动量量子数为±2和±3时,有四条零值线相交于干涉光场的中心点上,并且实部零值线和虚部零值线交替分布,该交点处形成的相位涡旋的拓扑荷的值恰好与拉盖尔-高斯光束的轨道角动量量子数相等.这种结果可以用来测量涡旋光束的轨道角动量.     

一类3D混沌系统的异宿轨道和backstepping控制

基于异宿轨道Shilnikov准则,分析了一类三维自治微分系统异宿环的存在性,并证明了该系统具有Smale马蹄意义的混沌.然后对系统的分岔,Lyapunov指数,Poincare映射进行了数值分析,同时利用自适应反步控制方法,对含有三个未知参数的系统给出了一种控制算法.最后通过数值示例进行仿真,对文中论述进行了验证. 关键词： 异宿环 自适应反步 Shilnikov准则 Poincare映射     

一类非线性相对转动系统的组合共振分岔与混沌

研究一类具有异宿轨道的非线性相对转动系统的分岔与混沌运动. 应用耗散系统的拉格朗日方程建立一类组合谐波激励作用下非线性相对转动系统的动力学方程. 利用多尺度法求解相对转动系统发生组合共振时满足的分岔响应方程并进行奇异性分析, 得到了系统稳态响应的转迁集. 根据相对转动系统异宿轨道参数方程, 求解了异宿轨道的Melnikov函数, 并给出了系统发生Smale马蹄变换意义下混沌的临界条件. 最后采用数值方法, 通过分岔图, 最大Lyapunov指数图, 相轨迹图和庞加莱截面图研究系统参数对混沌运动的影响.     

颗粒物质中圆棒受到的静摩擦力

通过实验研究了圆棒在颗粒物质中受到的摩擦力与颗粒填充高度及棒径的关系.观测到摩擦力随颗粒高度和棒径而增大.用连续介质模型推导了摩擦力公式，与实验观测基本一致.结果表明，摩擦力和棒径成正比；当颗粒高度很小时，摩擦力与颗粒高度平方成正比；而当颗粒堆积很高时，摩擦力与高度成正比，即静摩擦力与接触面积成正比. 关键词： 颗粒物质 摩擦力     

一类相对转动非线性动力系统的混沌运动

研究一类具有同宿轨道、异宿轨道的相对转动非线性动力系统的混沌运动. 建立具有非线性刚度、非线性阻尼和外扰激励作用的一类两质量相对转动非线性动力系统的动力学方程. 利用Melnikov方法讨论了系统的全局分岔和系统进入混沌状态的可能途径,给出了系统发生混沌的必要条件,并利用最大Lyapunov指数图,分岔图,Poincare截面图和相轨迹图进一步分析了系统的混沌行为. 关键词： 相对转动 非线性动力系统 混沌 Melnikov方法     

弱相互作用玻色-爱因斯坦凝聚体中涡旋动力学与量子混沌轨道简

利用变分法和数值模拟方法,我们分别从解析上和数值上研究了弱相互作用玻色-爱因斯坦凝聚体中不同涡旋蔟的动力学性质.借助玻姆量子力学中的方法,我们定义了相应量子流体中的量子轨道,并且研究了由于不同涡旋结构的存在而导致量子轨道出现混沌的性质.当存在一单涡旋,我们发现混沌轨道出现与否和涡旋轨道的形状紧密相关.此外,玻色凝聚体原子中的两体相互作用对各向异性谐振子势下涡旋对出现时量子轨道混沌的发生也具有重要的作用.因为这一非线性相互作用会破坏相应速度场的时间周期性.最后,在涡旋极子情形下,我们还讨论了由于涡旋相互激发或淹没的作用而导致规则岛膨胀的性质.这些规则区域镶嵌在一定的混沌海中.     

四阶色散非线性薛定谔方程的明暗孤立波和怪波的形成机制

本文研究了四阶色散非线性薛定谔方程的明暗孤立波和怪波的形成机制,该模型既可以模拟高速光纤传输系统中超短脉冲的非线性传输和相互作用,又可以描述具有八极与偶极相互作用的一维海森堡铁磁链的非线性自旋激发现象.本文首先通过对四阶色散非线性薛定谔方程的相平面分析,发现由其约化得到的二维平面自治系统具有同宿轨道和异宿轨道,并在相应条件下求得了方程的明孤立波解和暗孤立波解,从而揭示了同异宿轨道和孤立波解的对应关系;其次,基于非零背景平面上的精确一阶呼吸子解,给出了呼吸子的群速度和相速度的显式表达式,进而分析得出呼吸子的速度存在跳跃现象.最后,为了验证在跳跃点处呼吸子可以转化为怪波,将呼吸子解在速度跳跃条件下取极限获得了一阶怪波解,从而证实怪波的产生与呼吸子速度的不连续性有关.     

Metastability and hysteresis of the vortex states in rotating superfluid<Superscript>3</Superscript>He-B

We have investigated the vortex core transition in³He-B by measuring the associated changes in mutual fricition dissipation within the superfluid. If rotation is continuously stopped and restarted while cooling or warming then the transition occurs at a clearly defined temperature, but temperature sweeps during continuous rotation show substantial supercooling and superheating. Moreover, the high temperature vortex shows a continuum of metastable states when supercooled to a constant, arbitrary low temperature, the mutual friction dissipaton depending on the temperature at which rotation was started. Our current interpretation is that the high temperature vortex state is a temperature-dependent mixture of two vortex types.     

地转动量近似下的Q矢量及其在天气图上的应用

将Hoskins等提出的准地转Q矢量表达式推广到地转动量近似下的Q矢量表达式,并讨论了如何在天气图上用地转动量近似下的Q矢量表达式定性估计垂直运动方向的方法.地转动量近似下的Q矢量与准地转Q矢量相比,表达式中多了与位势高度极值和风速极值相关的两项,分别将地转动量近似下的Q矢量表达式中的每一项写成在天气图上便于判断的表达式.结果表明,在天气图上可以通过以下三种方式定性判断垂直运动方向:一是当等高线呈波状槽脊形式及通过急流的入口和出口区时,使用地转动量近似下的Q矢量的第一项(即准地转Q矢量)加以判断;二是当存在闭合气压系统且等高线与风向有交角时,使用地转动量近似下的Q矢量的第二项加以判断;三是在急流核上使用地转动量近似下的Q矢量的第三项加以判断.     

Transitions between chaos and order in rf-driven Josephson junction

We investigate transitions between the chaotic and regular states through a perturbed chaotic solution of a rf-driven Josephson system. It is shown that the transition from order to chaos may occur when the system initially near the heteroclinic points. The chaotic solution tends to an unstable periodic one for the initial values sufficiently nearing the heteroclinic orbit but going beyond the heteroclinic points. Thus the Josephson chaos can be analytically and numerically controlled, by adjusting the initial conditions.     

Homoclinic (Heteroclinic) Orbit of Complex Dynamical System and Spiral Structure

Starting from iterated systems, it is shown that the homoclinic (heteroclinic) orbit is a kind of spiral structure. The emphasis is laid to show that there are homoclinic or heteroclinic orbits in complex discrete and continuous systems, and these homoclinic or heteroclinic orbits are some kind of spiral structure.     

Trapped rossby waves

The possibility of tidal dynamics at strictly imaginary Lamb parameters has been known for more than three decades. The present paper explores the prevailing physics in this parameter regime. To this end, basic features of the global circulation such as baroclinicity and geostrophy have to be incorporated into tidal dynamics. The tidal equations of the thermal wind are readily obtained in the framework of spherical bishallow water theory. Density surfaces of a circulation with available potential energy alter the spatial inhomogenities of the generic tidal problem. Wave dynamics in an inhomogeneous medium are characterized not only by a dispersion relation but also by a wave guide geography: significant wave amplitudes are trapped in specific regions of frequency-dependent width. As an inherently global issue, evaluation of the Rossby wave guide geography for a given circulation cannot rely on the familiar regional filters of tidal theory. On the global domain, the Rossby wave specification is given by the Margules filter. A thermal wind is stable against nondivergent Rossby wave disturbances. Rossby waves propagating with a geostrophic wind are governed by prolate dynamics (real Lamb parameters) while imaginary Lamb parameters emerge for the oblate dynamics of Rossby waves running against a geostrophic wind. Oblate Rossby wave dynamics include pole-centered wave guides and very low-frequency disturbances propagating eastward against a westward wind.     

Construction and Verification of a Simple Smooth Chaotic System

This article introduces a new chaotic system of three-dimensional quadratic autonomous ordinary differential equations, which can display different attractors with two unstable equilibrium points and four unstable equilibrium points respectively. Dynamical properties of this system are then studied. Furthermore, by applying the undetermined coefficient method, heteroclinic orbit of Shil＇nikov＇s type in this system is found and the convergence of the series expansions of this heteroclinic orbit are proved in this article. The Shil＇nikov＇s theorem guarantees that this system has Smale horseshoes and the horseshoe chaos.     

Frenkel-Kontorova模型中基底势振动的影响

基于一维Frenkel-Kontorova模型, 研究了振动的基底势对系统纳米摩擦现象的影响. 分别在相邻原子间的距离与周期势场的周期比为不公度(incommensurate)、可公度(commensurate)两种情形下, 探讨了基底势振动的振幅和频率对滞回现象(hysteresis)、最大静摩擦力以及超滑现象的作用机理. 两种情形下, 固定频率, 随着振幅的增大, 滞回区域的面积以及最大静摩擦力都将减小, 对于不同的频率, 减小的趋势不同. 系统甚至产生了超滑现象. 但当频率过大时, 振幅的改变不会影响滞回区域的面积以及最大静摩擦力的大小, 此时与基底不加振动时的情形一致; 当振幅固定, 随着频率的增大, 滞回区域的面积将增大, 对于不同振幅, 增大的趋势不同. 特别地, 对于某些固定的振幅, 最大静摩擦力随着振动频率的增大先逐步减小直至出现超滑现象, 再进一步增大频率, 最大静摩擦力又转而逐步增大. 这一现象类似于共振, 表明存在最佳的振动频率促进系统内所有原子的共同运动, 使得整个系统的最大静摩擦力几乎消失. 另外, 两种情形的区别是, 对于某些固定的频率(如ω= 0.5)和不同的小振幅, 不可公度情形往往具有相同的平均终止速度, 而可公度情形则不同, 表明相同前提下后者具有更复杂的动力学行为. 关键词： Frenkel-Kontorova模型 滞回 最大静摩擦力 超润滑     

Vortex multiplication in applied flow: A precursor to superfluid turbulence

A surface-mediated process is identified in 3He-B which generates vortices at a roughly constant rate. It precedes a faster form of turbulence where intervortex interactions dominate. This precursor becomes observable when vortex loops are introduced in low-velocity rotating flow at sufficiently low mutual friction dissipation at temperatures below 0.5Tc. Our measurements indicate that the formation of new loops is associated with a single vortex interacting in the applied flow with the sample boundary. Numerical calculations show that the single-vortex instability arises when a helical Kelvin wave expands from a reconnection kink at the wall and then intersects again with the wall.