竖直振动颗粒床中的倍周期运动

实验研究了竖直振动颗粒床中颗粒对容器底部的压力随振动强度的变化情况.发现压力随振动加速度的增加经历倍周期分岔，典型的分岔序列为：2P，4P，混沌，3P，6P，混沌，4P，8P，混沌.观察表明，伴随倍周期分岔现象，在颗粒床底部出现颗粒的聚集态.聚集态内颗粒密堆积在一起并作整体的上下运动.采用完全非弹性蹦球模型分析了颗粒对容器底的冲击力，并给出了倍周期分岔现象的一种解释. 关键词： 颗粒物质 混沌 倍周期分岔 非弹性碰撞     

器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响

颗粒物质由离散的固体颗粒组成, 受到周期性振动时可以表现出复杂的动力学行为. 这些行为往往受众多因素的影响, 如空气阻力和器壁摩擦力等. 针对受振颗粒体系中冲击力的倍周期分岔现象, 通过抽真空或将容器底镂空消除空气阻力, 单独研究器壁滑动摩擦力的影响. 结果表明在仅有器壁摩擦力作用的情况下, 倍周期分岔过程仅受约化振动加速度的控制, 与颗粒的尺寸、颗粒层数及振动频率无关. 将器壁摩擦力处理成一个大小恒定、方向与颗粒和器壁相对速度反向的阻力, 并包含到完全非弹性蹦球模型中, 能够对所观察到的现象给出很好的解释. 通过对倍周期分岔点测量平均值的拟合, 得到器壁滑动摩擦力的大小约为颗粒总重量的10%. 关键词： 颗粒物质 器壁摩擦力 倍周期分岔 冲击力     

大气压氦气介质阻挡放电倍周期分岔及混沌现象的实验验证

采用具有平行电极结构的介质阻挡放电装置,在大气压氦气条件下进行了一系列放电实验,观察了放电波形并对其进行了频谱分析.结果表明,在一定条件下随外施电压幅值的增加,大气压氦气均匀介质阻挡放电会由周期一态放电经周期二态、周期四态放电进入混沌态放电.研究验证了大气压氦气介质阻挡放电经倍周期分岔路径通向混沌的现象,不仅仅出现在数值仿真中,在现实实验中也是确实存在的.     

电流模式SEPIC变换器倍周期分岔现象研究

以SEPIC变换器中前置电感电流为控制对象,建立了SEPIC变换器断续电流模式下的离散时间模型, 并分析了不动点的稳定性.通过相轨图、功率谱图以及分岔图, 发现电路中存在一种特殊的倍周期分岔现象——电路的运行状态经历了1倍周期、 2倍周期、4倍周期再到2倍周期、4倍周期,最终进入混沌状态.实验结果与仿真结果相一致, 证实了SEPIC变换器在断续电流模式下存在这种倍周期分岔现象.     

窄振动颗粒床中的运动模式

实验研究了竖直振动情况下,窄容器中颗粒的运动模式.发现运动模式与颗粒床厚度及振动加速度有很强的依赖关系.实验表明横向尺寸较小的容器可以抑制对流卷及拱起现象.对于足够厚的颗粒床,即使振动加速度很大,颗粒床下部仍然存在着颗粒聚集态.出现聚集态时,颗粒床对容器底的冲击力是倍周期分岔的.实验表明倍周期分岔点与颗粒床厚度无关.对于较薄的颗粒床,颗粒可以是聚集态或对流卷,视颗粒尺寸而定.如果使用尺寸分布非常窄的球形颗粒,可以观察到颗粒的有序排列.出现同心的圆筒形“壳”结构,每个“壳”上的颗粒是二维六角密排列的. 关键词： 颗粒物质 倍周期分岔 颗粒聚集态 球堆积     

完全非弹性蹦球的动力学行为

对振动台面上的完全非弹性球的蹦跳行为进行了初步分析.受约化振动加速度的控制，球的运动可以表现出一系列倍周期分岔过程.对几种典型的倍周期运动及分岔情况进行了讨论. 关键词： 蹦球 倍周期分岔 混沌 颗粒物质     

振动颗粒物质中倍周期运动对尺寸分离的影响

实验研究了竖直振动颗粒床中,倍周期运动对尺寸分离的影响.实验中,当振动加速度足够大时,系统中出现稳定的对称对流,进一步增大振动加速度到某个临界值时,还会出现倍周期运动.观察表明,背景颗粒的对流运动对分离过程起主导作用,对流速度决定着分离过程的快慢,而在2倍周期和4倍周期分岔之后,分离时间有所减慢.对引起对流运动的起因进行了分析,以此为基础分析了倍周期运动产生影响的物理机理,并对分离时间进行了定量计算,结果与实验值符合很好. 关键词： 颗粒物质 “巴西果”效应 倍周期分岔 对流     

随机激励下二自由度碰撞振动系统的响应分析

研究了一类二自由度碰撞振动系统在随机噪声激励下的响应问题.展示了这种非光滑系统在倍周期分岔通向混沌的道路中存在的擦边分岔行为.通过定义一种随机响应的度量,讨论了随机噪声对于系统响应的影响,并发现在某些参数条件下,随机噪声对于系统响应的影响是明显的,甚至改变了运动的性质.数值模拟表明此法是研究噪声激励下非光滑系统响应的一种有效方法. 关键词： 非光滑系统 二自由度碰撞振动系统 擦边分岔 倍周期分岔     

一类具有两个边界的分段光滑系统中边界碰撞分岔现象及混沌

以不连续运行模式下的电流反馈型Buck-Boost变换器为例，导出了一类具有三段形式的分段光滑迭代映射方程，数值仿真得到了输入电压变化时的分岔图.结果表明，发生分岔时映射雅可比矩阵的特征值以不连续的方式跳跃出复平面上的单位圆，而且映射总有某个或某些轨道点位于相平面中不同区域的边界上，即映射随输入电压的变化会发生边界碰撞分岔现象，如由周期态到周期态以及由周期态到混沌态的分岔. 关键词： 分段光滑系统 边界碰撞分岔 混沌     

分段线性混沌电路的非光滑分岔分析

讨论了分段线性的电容混沌电路的动力学行为.由数值模拟得到了对称的周期解和混沌吸引子.通过引入广义Jacobian矩阵,以周期解为例,从理论上分析了系统由电容电量的分段线性而引起的非光滑分岔,并合理解释了系统动力学行为产生的机理及其演化规律,其结论与数值计算的结果大致符合.     

振动颗粒混合物中的三明治式分离

在竖直振动两种颗粒的混合物的实验中，观察到了一种新的分离现象——“三明治”式分离，即大而重的颗粒被夹在两层小的轻颗粒之间.这不同于“巴西果”效应导致的大而重的颗粒在上的两层有序结构.实验表明当振动加速度大于某个临界值时这种三层有序将取代两层结构，而且是稳定的.实验中观察到导致“三明治”式分离的两种不同的分离过程.对这两种过程的物理机理及其与振动加速度、振动频率及颗粒尺寸等因素的关系做了研究，并给出了相图. 关键词： 颗粒物质 振动 有序结构 三明治式分离 巴西果效应     

垂直振动作用下二元混合颗粒分层的动态循环反转

在对垂直振动下的铜颗粒和氧化铝颗粒混合物的研究中,除了观测到巴西果分层和混合分层外,还发现了一种新的随时间周期变化的分离形态. 此分离形态可随着时间的演化,在巴西果、反巴西果和三明治这几种分层构型之间进行动态的循环反转. 给出了这种反转态出现的相区,并且观测了其动态转变的规律. 根据碰撞、磨擦及空气的耗散作用所产生的耗散结构对循环反转态的出现给出了定性的解释,并通过实验证实这种分层构型与空气的存在有密切的关系. 关键词： 颗粒物质 巴西果效应 相分离     

Experimental characterization of vibrated granular rings

We report an experimental study of the statistical properties of vibrated granular rings. In this system, a linked rod and bead metallic chain in the form of a ring is collisionally excited by a vertically oscillating plate. The dynamics are driven primarily by inelastic bead-plate collisions and are simultaneously constrained by the rings' physical connectedness. By imaging many instances of the ring configurations, we measure the ensemble averages and distributions of several physical characteristics on the scale of individual beads and composite ring. We study local properties such as inter-bead separation and inter-bonds angles, and global properties such as the radius of gyration and center-of-mass motion. We characterize scaling with respect to the size of the chain.     

振动条件下颗粒的分离现象

介绍并分析比较了竖直振动条件下巴西坚果效应与反巴西坚果效应形成的机制和转化条件,以及水平振动下颗粒的分离现象,提出一些意见和建议.     

Discrete element modeling of triboelectric charging of insulating materials in vibrated granular beds

The triboelectric charging of granular insulating materials is very difficult to predict because of the complex physical mechanism involved in this process. The aim of this paper is to describe in detail the implementation of a numerical model of the tribocharging process taking place in vertically-vibrated beds of granular plastics. The charge exchanged in granule-to-granule and granule-to-wall collisions is computed by taking into account some electrical properties of the respective materials, their area of contact and the effect of the electric field generated by a system of high-voltage electrodes and by the charges of the granules themselves. The electrical model is coupled with the Discrete Element Method (DEM) which undertakes the whole granular dynamics and allows to compute accurately the contact surface of two colliding particles which is involved in the triboelectric charging model.Beside the numerical simulations an experiment has been conducted with mixtures of mm-size polyamide and polycarbonate granules in a laboratory vibrated bed to validate the model. The numerical results have been found to be in good agreement with the experimental ones.