1:2内共振及主共振情况下高架索的面内振动分析

考虑了由货物自重引起高架索静态构型的分段特性、高架索的倾斜角以及发送端水平运动等多种因素的影响, 建立了海上航行干货补给高架索系统面内振动的三自由度分段动力学模型. 将惯性项解耦后, 得到了1:2内共振与主共振同时作用时的常微分方程, 并利用多尺度法对其进行了摄动分析和数值分析, 为后续开展相关的非线性动力学研究奠定了一定的理论基础.     

非线性传送带系统的复杂分岔

讨论了一类单自由度非线性传送带系统. 首先通过分段光滑动力系统理论得出系统滑动区域的解析分析和平衡点存在性条件; 其次利用数值方法, 对系统几种类型的周期轨道进行单参数和双参数延拓, 得到系统的余维一滑动分岔曲线和若干余维二滑动分岔点, 以及系统在参数空间中的全局分岔图. 通过对系统分岔行为的研究, 反映出传送带速度和摩擦力振幅对系统动力学行为有较大影响, 揭示了非线性传送带系统的复杂动力学现象. 关键词： 传送带系统 滑动分岔 周期运动     

耦合相对转动非线性动力系统的稳定性与近似解

研究了一类含三次非线性耦合项的相对转动非线性动力系统的动力学行为. 建立了具有非线性弹性力、广义摩阻力耦合项的系统动力学方程. 运用多尺度法求解谐波激励下耦合非自治系统的近似解,通过讨论系统的主共振和内共振特性,分析了耦合项对系统响应的影响. 应用奇异性理论研究了主振稳态响应分岔方程的稳定性,得到了系统的转迁集和分岔曲线的拓扑结构. 关键词： 相对转动 非线性耦合动力系统 奇异性理论 稳定性     

斜拉索风雨振的静态分岔研究

利用达朗伯原理建立了斜拉索风雨振连续体理论模型,实现了比截断模型能更好地体现连续体斜拉索完整的动力学特性.利用奇异性理论,对系统关于Z2对称的余维一分岔问题进行了分析,建立了分岔参数与物理参数的对应关系,得到了转迁集和分岔图,同时对平衡点附近的稳定性进行了讨论.从而有利于进一步开展斜拉索风雨振分岔行为的分析,为斜拉索桥的抗风雨振设计提供理论依据,便于拓展和应用到实际工程中.     

基础水平运动的弹簧摆的周期解与稳定性

针对基础水平运动的弹簧摆的非线性动力学响应进行研究,利用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.将离散傅里叶变换、谐波平衡法以及同伦延拓方法相结合,对系统的周期响应进行求解,避免了传统方法计算中使用泰勒展开引起的小振幅的限制,与数值计算结果的对比表明该求解方法具有较高的精确度.利用Floquet理论分析了周期响应的稳定性,给出了基础运动振幅和频率对系统周期响应的影响.研究发现:对应某些基础频率和振幅,系统的周期响应可能发生Hopf分岔;利用数值计算研究了Hopf分岔后系统响应随基础频率和振幅的变化,发现系统出现了倍周期运动、拟周期运动和混沌等复杂的动力学行为.研究表明系统进入混沌的主要路径是拟周期环面破裂和阵发性.     

轴向加速运动黏弹性梁受迫振动中的混沌动力学

研究了黏弹性轴向运动梁在外部激励和参数激励共同作用下横向振动的混沌非线性动力学行为. 引入有限支撑刚度, 并考虑黏弹性本构关系取物质导数, 同时计入由梁轴向加速度引起的沿径向变化的轴力, 建立轴向运动黏弹性梁横向非线性振动的偏微分-积分模型. 通过Galerkin截断方法研究了外部激励的频率和因速度简谐脉动引起的参数激励的频率在不可通约关系时轴向运动连续体的非线性动力学行为, 并对不同截断阶数的数值预测进行了对比. 基于对控制方程的Galerkin截断, 得到离散化的常微分方程组, 使用四阶Runge-Kutta方法求解. 基于此数值解, 运用非线性动力学时间序列分析方法, 通过Poincaré 映射, 观察到轴向运动梁随扰动速度幅值的倍周期分岔现象, 并比较了有无外部激励对倍周期分岔的影响. 分别在低速以及近临界高速运动状态下, 从相平面图、Poincaré 映射以及频谱分析的角度识别了系统中存在的准周期运动形态. 关键词： 轴向运动梁 非线性 混沌 分岔     

一类准周期参激非线性相对转动动力系统的稳定性与时滞反馈控制

建立了一类含准周期参数激励和时滞反馈的相对转动非线性系统的动力学方程. 采用多尺度法求解1/2亚谐波主参数共振下的分岔响应方程,并分析了系统的稳定性. 在求解非受控系统的定常解的基础上,通过讨论系统的动力学特性,研究了准周期参数激励对系统响应的影响. 采用时滞反馈控制的方法对系统分岔和极限环(域)进行控制,数值模拟的结果表明通过改变时滞参数可以实现对系统分岔的控制,并能有效地控制极限环(域)的幅值和稳定性. 关键词： 相对转动 准周期参激 时滞反馈 极限环     

压电材料双曲壳热弹耦合作用下的混沌运动

运用弹性力学有限变形基本理论推导出了压电材料双曲壳在外激力和温度场作用下的非线性振动方程和协调方程.通过Bubnov-Galerkin原理,得到该结构的非线性动力学方程.利用Melnikov方法,得到系统产生Smale马蹄变换意义下混沌的条件,用四阶Runge-Kutta法编写程序对系统进行数值求解,并绘制出相应的分岔图、Lyapunov指数图、相轨迹图以及Poincaré截面图,分析了温度场对压电材料双曲壳系统的非线性特性的影响.仿真结果表明,随着温度的升高,系统的混沌与周期区交替出现,温度场的改变可影响和控制系统的振动特性.     

自适应网络中病毒传播的稳定性和分岔行为研究

自适应复杂网络是以节点状态与拓扑结构之间存在反馈回路为特征的网络. 针对自适应网络病毒传播模型, 利用非线性微分动力学系统研究病毒传播行为; 通过分析非线性系统对应雅可比矩阵的特征方程, 研究其平衡点的局部稳定性和分岔行为, 并推导出各种分岔点的计算公式. 研究表明, 当病毒传播阈值小于病毒存在阈值, 即R₀0^c时, 网络中病毒逐渐消除, 系统的无病毒平衡点是局部渐近稳定的; R₀^c0<1时, 网络出现滞后分岔, 产生双稳态现象, 系统存在稳定的无病毒平衡点、较大稳定的地方病平衡点和较小不稳定的地方病平衡点; R₀>1时, 网络中病毒持续存在, 系统唯一的地方病平衡点是局部渐近稳定的. 研究发现, 系统先后出现了鞍结分岔、跨临界分岔、霍普夫分岔等分岔行为. 最后通过数值仿真验证所得结论的正确性. 关键词： 自适应网络 稳定性 分岔 基本再生数     

一类非自治位置时滞反馈控制系统的亚谐共振响应

研究了弹性轨道条件下，控制回路中位置反馈信号存在时滞的磁浮系统在亚谐轨道激励作用下的响应问题. 将动力学模型在平衡点处线性化，以时滞为分岔参数，得到了系统出现Hopf分岔的条件. 用中心流形约化方法得到了包含轨道扰动系统的Poincaré规范型. 用多尺度法从理论上推导了时滞磁浮系统的亚谐共振周期解，得到了自由振动的分岔响应方程，分析了周期解中自由振动项的存在条件，研究了控制参数和激励参数与周期解的关系. 最后用数值仿真的方法分析了时滞参数、控制参数对系统响应的影响，分析结果指出，使系统保持稳定的亚谐响应的时滞边界小于无扰动时的时滞边界，时滞参数不但可以抑制亚谐响应，还能够控制混沌的产生，而控制参数可以控制系统响应中自由振动项的出现和受迫振动的幅值，适当选择这些参数可以有效抑制亚谐振动响应. 关键词： 亚谐共振响应 位置时滞反馈控制 非自治磁浮系统 分岔     

Bifurcation and solitary waves of the nonlinear wave equation with quartic polynomial potential

For the nonlinear wave equation with quartic polynomial potential, bifurcation and solitary waves are investigated. Based on the bifurcation and the energy integral of the two-dimensional dynamical system satisfied by the travelling waves, it is very interesting to find different sufficient and necessary conditions in terms of the bifurcation parameter for the existence and coexistence of bright, dark solitary waves and shock waves. The method of direct integration is developed to give all types of solitary wave solutions. Our method is simpler than other newly developed ones. Some results are similar to those obtained recently for the combined KdV－mKdV equation.     

一类高维相对转动非线性动力系统的Lyapunov-Schmidt约化与奇异性分析

研究一类高维相对转动非线性动力系统的降维与分岔特性. 在考虑转动系统中间隙非线性影响因素的基础上, 基于广义耗散系统拉格朗日原理, 建立了一类高维相对转动非线性系统动力学模型.采用Lyapunov-Schmidt(LS)约化方法, 通过对高维非线性动力系统进行降维处理, 得到能够揭示系统非线性动力特性与系统参数之间规律的低维等价分岔方程. 运用奇异性理论对分岔方程进行普适开折, 分析了系统的分岔特性.结合实例参数, 对分岔特性进行仿真分析, 得到相对转动非线性动力系统发生动力失稳的参数区域及系统参数对动力失稳的影响规律.     

一类相对转动时滞非线性动力系统的稳定性分析

建立了具有时变刚度、非线性阻尼和谐波激励的一类相对转动时滞非线性动力系统的动力学方程.采用多尺度法推导出时滞动力系统的分岔响应方程,运用奇异性理论研究系统结构稳定性,得到主共振稳态响应方程的转迁集以及不同参数下分岔曲线的拓扑结构.应用Hopf分岔理论讨论了时滞动力系统动态稳定性,给出了系统产生极限环的条件,最后用数值模拟的方法研究了时滞参数对系统极限环幅值的影响。     

一类非线性相对转动系统的组合谐波分岔行为研究

针对一类具有非线性刚度、非线性阻尼的非线性相对转动系统, 应用耗散系统的拉格朗日原理建立在组合谐波激励作用下非线性相对转动系统的动力学方程. 构造李雅普诺夫函数, 分析相对转动系统的稳定性, 研究自治系统的分岔特性. 应用多尺度法求解相对转动系统的非自治系统在组合激励作用下的分岔响应方程. 最后采用数值仿真方法, 通过分岔图、时域波形、相平面图、Poincaré截面图等研究外扰激励、系统阻尼、 非线性刚度对相对转动系统经历倍周期分岔进入混沌运动的影响. 关键词： 相对转动 组合激励 分岔 混沌     

单模激光Haken-Lorenz系统的振荡解析解

研究了单模激光Haken-Lorenz系统在Hopf 分歧点处的动力学行为.求出了Haken-Lorenz系统的定态解,采用线性稳定性原理对定态解进行了稳定性分析,获得了本征值方程,进而确定了系统的Hopf 分歧点μc.利用级数法求出了系统在分歧点处的时间周期振荡解的解析表达式.通过计算机对系统分歧点处的动力学行为进行了数值模拟,结果表明,系统在分歧点处存在一个极限环,即时间周期振荡解.与理论分析的解析结果相一致.     

In-plane antisymmetric response of cables through bifurcation under symmetric sinusoidally time-varying load

Analysis and results for in-plane non-linear antisymmetric responses of a cable, supported at the same level, through bifurcation under in-plane symmetric sinusoidally time-varying load are presented. The non-linear equation of the in-plane motion of the cable is solved by a Galerkin method and the harmonic balance method. From the computed results the frequency range, where the antisymmetric response occurs, varies with the sag-to-span ratio of the cable and is broad in the particular sag-to-span ratios. The second unstable region is important compared with the principal unstable region. Strong coupling between symmetric and antisymmetric modes is observed in the unstable regions for the particular sag-to-span ratios.     

Experimental unfolding of the nonlinear dynamics of a cable-mass suspended system around a divergence-Hopf bifurcation

Systematic experimental investigation of the finite amplitude dynamics of a multiple internally resonant suspended cable-mass, subjected to anti-phase support motion at primary resonance, is accomplished. Upon getting hints from a basic system configuration assumed as reference setup about the multiple bifurcation event possibly governing transition to complex dynamics, an improved experimental apparatus is used to make it technically accessible. Results obtained by varying three control parameters, namely the frequency and amplitude of excitation and the temperature of a thermostatic chamber embedding the experimental system, allow us to characterize in-depth various occurring classes of motion in terms of time and spatial complexity, to describe peculiar and/or persistent features of transition to nonregular dynamics, and to trace them back to a canonical scenario from bifurcation theory. Variable response paths are detected via bifurcation diagrams and spectra of singular values of measurement results, and overall behaviour charts are built in the excitation parameter space. Considering the temperature as a controllable parameter shows to be fundamental for: (i) indirectly setting cable material properties to values for which the conjectured codimension 2 bifurcation becomes apparent, (ii) qualitatively referring the experimental unfolding of regular and nonregular cable dynamics to the theoretical unfolding of the divergence-Hopf bifurcation normal form, and (iii) determining system response not only in the strict neighbourhood of the organizing divergence-Hopf bifurcation but also in the ensuing postcritical regions where the dependence of material damping on temperature affects secondary bifurcations to low-dimensional homoclinic chaos.     

Nonlinear Oscillations Analysis of the Elevator Cable in a Drum Drive Elevator System

This paper aims to investigate nonlinear oscillations of an elevator cable in a drum drive. The governing equation of motion of the objective system is developed by virtue of Lagrangian's method. A complicated term is broached in the governing equation of the motion of the system owing to existence of multiplication of a quadratic function of velocity with a sinusoidal function of displacement in the kinetic energy of the system. The obtained equation is an example of a well-known category of nonlinear oscillators, namely, non-natural systems. Due to the complex terms in the governing equation, perturbation methods cannot directly extract any closed form expressions for the natural frequency. Unavoidably, different non-perturbative approaches are employed to solve the problem and to elicit a closed-form expression for the natural frequency. Energy balance method, modified energy balance method and variational approach are utilized for frequency analyzing of the system. Frequency-amplitude relationships are analytically obtained for nonlinear vibration of the elevator's drum. In order to examine accuracy of the obtained results, exact solutions are numerically obtained and then compared with those obtained from approximate closed-form solutions for several cases. In a parametric study for different nonlinear parameters, variation of the natural frequencies against the initial amplitude is investigated. Accuracy of the three different approaches is then discussed for both small and large amplitudes of the oscillations.