轮轨碰撞系统的分岔与混沌研究_郭树卓
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非线性动力学中的混沌与分岔现象混沌现象的介绍混沌现象是非线性动力学中一个重要的研究课题,它描述了一种似乎随机的、无规律可循的运动状态。
在混沌现象的研究中,人们发现了一些特征,如灵敏依赖于初始条件、无周期运动和封闭轨道等。
混沌现象的研究对于理解自然界中的复杂系统行为具有重要的意义。
混沌现象最早是由美国数学家Edward Lorenz于20世纪60年代发现的。
他在研究气象学中的大气运动方程时,意外地发现了不确定性的现象。
这个发现被称为“蝴蝶效应”,即当一个蝴蝶在巴西振动翅膀时,可能引发一系列的气流变化,最终导致美国得克萨斯州的一个龙卷风的形成。
这个例子说明了混沌现象中初始条件的微小变化可能引起系统运动的巨大变化。
混沌现象的数学表示混沌现象可以用一些非线性动力学方程描述。
这些方程通常包含了一些非线性项,使得系统的演化不再是简单的线性叠加。
一个经典的混沌系统方程是Lorenz方程:\\frac{{dx}}{{dt}} = \\sigma(y - x),\\frac{{dy}}{{dt}} = x(\\rho - z) - y,\\frac{{dz}}{{dt}} = xy - \\beta z其中,x、y和z是系统的状态变量,t是时间。
σ、ρ和β是一些常数,它们决定了系统的性质。
这个方程描述了一个三维空间中的运动,这种运动就是混沌现象。
分岔现象的介绍分岔现象是混沌现象的一个重要特征,它描述了系统参数发生微小变化时,系统行为的剧烈变化。
简单来说,分岔现象就是系统从一个稳定的演化状态变成多个稳定状态的过程。
分岔现象的经典例子是Logistic映射。
Logistic映射是一种常用的非线性映射,它用于描述生物种群的增长。
Logistic映射的公式为:x_{n+1} = r \\cdot x_n \\cdot (1 - x_n)其中,x_n是第n个时刻的种群密度,x_{n+1}是下一个时刻的种群密度,r是系统的参数,它决定了种群的增长速度。
在数学领域中,混沌动力系统与分岔理论是两个重要而引人注目的主题。
混沌动力系统是指那些对初始条件极其敏感,呈现出难以预测和复杂演化的系统。
分岔理论则是研究系统从一个稳定状态突变为多个稳定状态的过程。
这两个理论在许多领域都有广泛的应用,从自然科学到社会科学,深深地影响了人们对系统运行和演变的理解。
混沌动力系统最早是由美国气象学家、数学家爱德华·洛伦兹在1960年代中期提出的。
他的研究工作主要集中在研究大气运动模型。
在这个系统中,初始条件的微小变化会引起模型的输出结果相差甚远。
这引发了洛伦兹的兴趣,他将这种现象命名为“蝴蝶效应”来形容起初微弱的变化可能会引发大规模的效应。
洛伦兹在混沌动力系统的研究中发现了奇异吸引子的存在,这是一种引导系统演化过程的特殊性质。
奇异吸引子在混沌动力系统理论中起着重要的作用,它不仅提供了对系统行为的定量描述,同时也揭示了系统中的复杂结构。
分岔理论则着重研究系统的稳定性突变过程。
分岔是指当系统参数发生细微变化时,系统从一种稳定状态突变为另一种稳定状态的现象。
最著名的分岔是“费根鲍姆分岔”,早在19世纪末由法国数学家亨利·费根鲍姆提出。
他发现简单的非线性方程可能引起系统从一个稳定状态到周期运动,然后到混沌。
这种突变行为使得分岔理论成为许多自然现象的重要解释机制,例如生物进化、气候变化等。
混沌动力系统和分岔理论在现代科学中有广泛的应用。
在天气预报中,混沌动力系统理论帮助科学家们理解气象系统的复杂行为,进而提高了预测的准确性。
在物理学中,混沌动力系统的研究揭示了粒子运动的随机性和确定性之间的微妙平衡。
在生物学中,分岔理论帮助研究者理解进化过程中物种数量的突变和物种多样性的起源。
在社会科学中,混沌动力系统的影响范围更加广泛,从经济学到心理学,都有许多应用案例。
总之,数学中的混沌动力系统与分岔理论是对系统运行和演化进行研究的重要工具。
混沌动力系统的研究揭示了系统的复杂性和不确定性,而分岔理论则研究了系统从一个稳定状态到多个状态的突变过程。
单摆运动的同宿轨道分岔、次谐分岔和混沌
谢柏松
【期刊名称】《北京师范大学学报:自然科学版》
【年(卷),期】2000(36)5
【摘要】用Melnikov方法研究具有弱阻尼与参数激励的单摆以及倒摆运动的同宿轨道分岔、次谐分岔和混沌现象 ,得到了发生同宿轨道分岔、次谐分岔和混沌的临界参数 ,并将所得理论结果与倒摆运动的实验结果进行了比较与讨论 .
【总页数】3页(P631-633)
【关键词】同宿轨道;分岔;混沌;单摆运动;阻尼
【作者】谢柏松
【作者单位】北京师范大学低能核物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O314
【相关文献】
1.带二次阻尼的参数激励Duffing系统的异宿分岔及次谐和轨道 [J], 杜正东
2.非线性弹性梁的动态次谐分岔与混沌运动 [J], 张年梅;杨桂通
3.轴向运动曲梁的次谐分岔和混沌 [J], 王晶; 张冬梅
4.受垂直激励和水平约束的单摆系统亚谐共振分岔与混沌 [J], 赵武;张鸿斌;孙超凡;黄丹;范俊锴
5.圆板振子超谐分岔和混沌运动的实验研究 [J], 李银山;杨桂通;张善元;魏剑伟
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高维复杂碰撞振动系统的概周期环面分岔与混沌
成龙;李万祥;彭珊
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2013(35)5
【摘要】建立了一类三自由度含间隙碰撞振动系统的力学模型,推导了系统周期运动的解析解及Poincaré映射。
基于六维Poincaré映射方法研究了系统的Hopf-flip余维二分岔和倍化分岔。
在Hopf-flip余维二分岔中先发生Flip分岔后发生Hopf分岔,并展现了由环面倍化和"贝壳形"概周期吸引子向混沌演化的两种非常规路线。
其后分析了系统周期运动经倍化分岔向混沌的演化的过程中,存在着十分复杂的非常规转迁过程和精彩的动力学行为。
【总页数】5页(P594-598)
【关键词】Poincaré映射;非常规混沌演化;环面分岔
【作者】成龙;李万祥;彭珊
【作者单位】兰州交通大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH113.1;O322
【相关文献】
1.碰撞振动系统的一类余维二分岔及T2环面分岔 [J], 丁旺才;谢建华
2.三自由度碰撞振动系统的余维二擦边分岔与混沌控制 [J], 李松涛;李群宏;张文
3.一类碰撞振动系统的概周期运动及混沌形成过程 [J], 罗冠炜;褚衍东;苟向锋
4.高维含间隙振动系统的分岔与混沌研究 [J], 李万祥
5.一类三自由度碰撞振动系统的Hopf-pitchfork余维二分岔与混沌 [J], 彭珊;成龙
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分岔与混沌理论与应用学院:专业:姓名:学号:我对混沌理论的认识1、混沌理论概述混沌是指发生在确定性系统中的貌似随机的不规则运动,一个确定性理论描述的系统,其行为却表现为不确定性--不可重复、不可预测,这就是混沌现象。
混沌现象起因于物体不断以某种规则复制前一段的运动状态,而产生无法预测的随机效果。
所谓“差之毫厘,失之千里”正是此一现象的最佳批注。
具体而言,混沌现象发生于易变动的物体或系统,该物体在行动之初极为简单,但经过一定规则的连续变动之后,却产生始料所未及的后果,也就是混沌状态。
但是此种混沌状态不同于一般杂乱无章的混乱状况,此一混沌现象经过长期及完整分析之后,可以从中理出某种规则出来。
混沌现象虽然最先用于解释自然界,但是在人文及社会领域中因为事物之间相互牵引,混沌现象尤为多见。
混沌理论,是近三十年才兴起的科学革命,它与相对论与量子力学同被列为二十世纪的最伟大发现和科学传世之作。
混沌的发现揭示了我们对规律与由此产生的行为之间--即原因与结果之间--关系的一个基本性的错误认识。
我们过去认为,确定性的原因必定产生规则的结果,但它们可以产生易被误解为随机性的极不规则的结果。
我们过去认为,简单的原因必定产生简单的结果(这意昧着复杂的结果必然有复杂的原因),但简单的原因可以产生复杂的结果。
我们认识到,知道这些规律不等于能够预言未来的行为。
这一思想已被一群数学家和物理学家,其中包括威廉·迪托(William Ditto)、艾伦·加芬科(Alan Garfinkel)和吉姆·约克(Jim Yorke),变成了一项非常有用的实用技术,他们称之为混沌控制。
实质上,这一思想就是蝴蝶效应。
初始条件的小变化产生随后行为的大变化,这可以是一个优点;你必须做的一切,是确保得到你想要的大变化。
对混沌动力学如何运作的认识,使我们有可能设计出能完全实现这一要求的控制方案。
这个方法已取得若干成功。
2、分叉的概述分叉理论研究动力系统由于参数的改变而引起解的拓扑结构和稳定性变化的过程。
利用混沌理论进行船舶交通事故预测
李金珂
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2017()1X
【摘要】在全球化日益繁荣的今天,我国的海外贸易量也面临着爆发式的增长,而有限的航道资源常常导致船舶的航行距离过近,航运碰撞事故常常发生。
为了实现对船舶航行的高效预测和控制,急需一种先进的技术对船舶的交通航行进行智能化预测。
本文通过采用先进的混沌理论,对船舶的时空距离和运动趋势进行预测,从而实现对船舶航行的定量监控,通过对船舶信息进行高速的采样分析,控制人员能够及时全面地把握好船舶的运动轨迹,从而避免各种可能发生的事故。
【总页数】3页(P180-182)
【关键词】混沌算法;船舶交通;预测
【作者】李金珂
【作者单位】重庆工业职业技术学院信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U698.6
【相关文献】
1.基于混沌理论对北京二环路进行短时交通流量预测的研究 [J], 郭敏;蓝金辉;肖翔;卢海锋
2.利用混沌模糊控制器进行预测和控制—若用于预测自来水使用量精确度可达96
[J], 五百旗头;江涛
3.利用小波包分析和混沌特征提取进行船舶辐射噪声分类 [J], 赵犁丰;宋洁;姚玉玲;杨军波
4.利用混沌粒子群算法进行船舶多模型自适应观测器参数寻优 [J], 张亚丽;赵彦平
5.利用混沌理论进行船舶电力系统脆性模型仿真与分析 [J], 芦乙蓬
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混沌系统的复杂动力学行为研究及应用
混沌系统是一类具有高度非线性、异步和随机行为的随机系统,其复杂动力学行为表现出一系列奇异的现象,例如混沌现象、分岔、奇异吸引子等现象,这些现象在物理学、数学、工程学等领域具有重要的应用价值。
混沌系统的复杂动力学行为研究及应用可以分为以下几个方面:
1. 混沌现象研究:混沌现象是混沌系统的基本特征,其研究涉及到数学、物理、工程等领域的交叉学科,包括偏微分方程、分形几何、随机过程等多个领域。
混沌现象的应用包括天气预报、金融市场、流体力学等领域。
2. 分岔现象研究:分岔是混沌系统的另一类重要特征,其研究涉及到数学、物理、工程学等多个领域。
分岔现象的应用包括光学、通信、分子模拟等领域。
3. 奇异吸引子现象研究:奇异吸引子是混沌系统的一类特殊形态,其研究涉及到数学、物理、工程学等多个领域。
奇异吸引子的应用包括天体物理学、粒子物理学、生物医学等领域。
4. 混沌系统的应用:混沌系统在数学、物理、工程学等领域都有
重要的应用,例如混沌天气预报、混沌控制、混沌加密、混沌优化等领域。
混沌系统的应用正在不断拓展和深化。
混沌系统的研究和应用涉及到数学、物理、工程学等多个领域,其研究不仅具有理论意义,同时也具有重要的工程意义和实际价值。
一类单自由度碰撞振动系统的混沌与最优碰撞
韩俊福
【期刊名称】《机械工程与自动化》
【年(卷),期】2013(000)003
【摘要】建立了一类单自由度含双侧刚性约束碰撞振动系统的对称型周期运动方程,基于Poincaré映射方法通过数值仿真,研究了系统周期运动的逆周期倍化分岔及其通向混沌的道路。
通过最优控制理论给出了振动系统的最优碰撞条件,数值仿真结果证明了该方法的有效性,为实际应用中碰撞振动系统的动力学优化设计提供了理论参考。
【总页数】4页(P122-125)
【作者】韩俊福
【作者单位】兰州交通大学机电工程学院,甘肃兰州 730070
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7
【相关文献】
1.一类双自由度碰撞振动系统的分岔与混沌分析 [J], 古志明;王树国;杨昊
2.一类三自由度碰撞振动系统的Poincaré映射的对称性,分岔及混沌 [J], 乐源;谢建华
3.一类三自由度碰撞振动系统的分岔与混沌演化 [J], 黄志东
4.一类两自由度碰撞振动系统的分岔与混沌演化 [J], 潘利平
5.一类三自由度碰撞振动系统的Hopf-pitchfork余维二分岔与混沌 [J], 彭珊;成龙
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非线性转子动力学中的分叉与混沌运动研究概述
袁惠群
【期刊名称】《黄金学报》
【年(卷),期】2000(002)004
【摘要】介绍了非线性动力学的分叉与混沌问题研究的基本方法,分析了非线性动力学中存在的主要问题,对非线性转子动力学中的分叉与混沌运动研究的国内外概况进行了较全面的综述。
【总页数】6页(P309-314)
【作者】袁惠群
【作者单位】东北大学东校区
【正文语种】中文
【中图分类】O347.6
【相关文献】
1.非线性挤压油膜阻尼器柔性转子系统中的周期分叉特性 [J], 祝长生
2.两类相对转动非线性动力学系统的统一动力学模型及混沌运动 [J], 乔杰敏;王坤;李秀菊;张波
3.非线性转子-轴承系统动力学分叉及稳定性分析 [J], 陈照波;焦映厚;陈明;夏松波;黄文虎
4.非线性摩擦力对碰摩转子-轴承系统混沌运动的影响 [J], 罗跃纲;金志浩;刘长利;闻邦椿
5.分叉分析在飞机非线性动力学中的应用 [J], 黎康;方振平
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小波变换在分叉与混沌研究中的应用
郑吉兵;高行山;郭银朝;孟光
【期刊名称】《应用数学和力学》
【年(卷),期】1998(19)6
【摘要】非线性振动系统中的运动形式有三种可能:周期运动、拟周期运动和混沌·用Poincaré映射可确定出系统周期运动,用谐波小波变换可区分拟周期运动和混沌·由此可准确地确定出参数空间中各种不同形式运动所对应的存在域·【总页数】7页(P557-563)
【关键词】小波变换;非线性振动;分叉;混沌
【作者】郑吉兵;高行山;郭银朝;孟光
【作者单位】西南交通大学应用力学及工程系;西北工业大学振动工程研究所【正文语种】中文
【中图分类】O322
【相关文献】
1.小波变换和混沌理论在股市预测中的应用 [J], 殷光伟;郑丕谔
2.非线性转子动力学中的分叉与混沌运动研究概述 [J], 袁惠群
3.基于小波变换的混沌神经网络在陕西电网短期负荷预测中的应用 [J], 纪晓军;杨娟
4.磁场中旋转运动圆板的分叉与混沌研究 [J], 胡宇达;朴江民
5.裂纹转子分叉、混沌行为研究中的映射延拓综合法 [J], 杨积东;徐培民;闻邦椿
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