混沌摆系统的动力学分析和数值模拟

在混沌实验摆动力学方程基础上,分析其分别处于保守和耗散非线性系统的动力学特性.采用实际物理实验系统的参数进行数值模拟,探讨不同的策动频率、振幅和外加阻尼等参数条件对混沌摆系统动力学行为的影响,且分析这些参数在实验过程中所起的调节作用.数值模拟结果表明:混沌实验摆系统动力学性质灵敏地依赖于策动频率值;系统策动振幅必须大于一定阈值是混沌相出现的必要条件;磁阻尼参数对系统混沌相动力学状态影响不明显.

周期性外力驱动的混沌摆

为了简单直观地呈现混沌现象,研制了受周期驱动力驱动的混沌摆实验系统.实验系统由力学机构、采集机构和数据处理分析仪组成.力学机构是受周期外力驱动的复摆;采集机构采用无触点角度传感器,通过串口通信实时将数据传输给计算机;数据处理分析仪用虚拟仪器平台LabVIEW软件编程实现.该系统可实时显示反映混沌基本特征的角度时序图、角速度时序图和相图.

E-measure混沌摆的数学解析与运动方程

首先阐述了混沌摆的科学描述;其次对混沌摆进行了数学解析,分析了瞬衰解和稳态解的作用;然后构建了混沌摆的运动方程。得到了E-measure混沌摆实验必须满足的两个前提条件;加深了对混沌现象的深入了解。

基于PASCO系统的混沌摆实验

基于PASCO系统研制了受周期外力驱动的混沌摆实验仪,调节混沌摆系统的参量可演示非线性动力学特征行为,描绘了无驱动及有驱动下的系统相位图,并分析了初值敏感性、奇异性(奇异吸引子)现象.应用混沌摆的动力学方程,进行Matlab仿真实验.实验结果表明:混沌摆实验系统动力学的性质依赖于振动频率值,系统驱动振幅必须大于一定阈值是混沌相出现的必要条件.

一种简易的自组混沌摆装置

混沌现象是非线性系统的经典行为,其相关研究至今仍属于前沿领域。本文设计并实现了一套可变参数的外力驱动的自组混沌摆实验装置。相关研究包括:建立此实验装置的简化动力学方程,改变实验参数并通过图像识别的方法进行实验数据处理及绘制相图,最后将动力学方程的数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了装置的可靠性。此外,实验过程中进一步探究与分析混沌现象。该装置提供了一种低成本的对混沌现象的直观化研究方法,可以作为本科生的非线性物理或计算物理课程的实践内容,加深学生对混沌现象及其原理的认识。

外力驱动的混沌摆实验仪在研究混沌效用上的应用

依据非线性动力学混沌理论,采用受外力驱动的转动马达装置,依托PASCO系统的数据采集软件,开发了适应大学物理实验的受外力驱动的混沌摆实验。探讨了新型基于外力驱动的混沌摆实验仪在研究混沌效用上的应用,实验发现利用该装置可以直观的研究系统的初值敏感性,奇异子现象等,操作简单、直观、灵敏度高,实验除了具有实际应用价值外,同时适合在高等学校大学物理基础实验中开设出相应的实验教学内容。

一种简易自组混沌摆的相关参量研究

作为动力系统理论的一个重要分支,混沌学在物理、信息、金融、人工智能等领域的交叉发展越来越重要。在实验室自组的可变参数的混沌摆实验装置的前期工作基础上,本文首先从动力学方程出发模拟了驱动力频率、驱动臂臂长、转动惯量和阻尼项改变的分岔图,探究运动系统通往混沌的倍周期之路,进而通过实验研究了转动惯量和阻尼项对于系统运动的影响。实验与模拟结果均表明随着上述实验参数的变化摆的运动状态在混沌与周期运动之间反复变化,而且这种变化是突变的。通过摄像和追踪质点的方法,绘制相图并将动力学方程的数值模拟结果与实验数据进行比较。该装置可以作为本科生认识复杂系统的入门内容。

从混沌摆到混沌理论的探索研究

随着我国社会经济和科学技术的飞速发展,人民生活水平不断提高。在物质文明进步的同时,人们对精神文明的追求日益强烈。科普知识作为精神文明的重要组成部分,也日益受到人们的关注。从普及科普知识的角度出发,从混沌摆讲到混沌理论,用通俗易懂的各种生活现象解释晦涩难懂的混沌理论,力求让更多人了解混沌现象。

基于DDA的混沌摆分析

采用非连续变形分析方法(Discontinuous Deformation Analysis,DDA)对混沌摆进行模拟.分别建立了两自由度和四自由度无阻尼非线性自由振动的混沌摆模型,并对两种模型的运动微分方程进行推导,利用Matlab求解得到两种自由度下的摆角的理论解.对原始DDA方程进行简化,推导得到刚体DDA方程,并利用Matlab编写了DDA程序,对两种摆的运动进行数值模拟,分别得到了两种模型下不同摆杆的角度时程图,揭示了混沌现象,并通过与理论结果进行对比,说明了该程序的适用性.

磁弹性混沌振摆的微扰解研究

运用常数变易法求出了磁弹性混沌振摆微扰解的一般形式，对解的稳定性问题 作了一些分析，并提出了解有界的充要条件。

利用非线性动力学系统研究混沌现象

以相图和庞加莱点作为表征手段,本文对受外力驱动的一种非线性动力学系统混沌摆的摆动行为进行研究,考察了该混沌摆系统的运动状态随驱动力频率变化的特征。同时我们建立了该系统的理论模型,通过数值计算模拟该混沌摆运动状态来验证实验结果。实验和仿真结果均表明,随着驱动力频率的增加,混沌摆会有周期和混沌运动状态交替出现的情况,且这种变化近乎为突变的。同时,也从数值仿真结果中观察到了混沌摆运动状态对驱动力频率这一参数的敏感性。本文阐述的仿真和测量研究可以作为本科生的大学物理实验课程中混沌摆实验项目的拓展内容,使有兴趣和能力的同学对非线性动力学系统的混沌现象有更深入的理解和认识。

一种非线性动力学系统混沌现象的深入研究

本文在实验教学中引入一种非线性混沌摆系统,通过调节混沌摆的驱动力周期演示了该非线性动力学系统出现混沌现象的过程,从而让学生了解混沌现象的参数敏感性、相图特点、频谱特性等基本特性.为了进一步了解该混沌摆的特性,本文建立了该非线性摆系统的简化动力学方程,在数值上对其进行了研究.基于动力学方程的数值模拟,克服了实验上相关参数定量改变困难、摆动稳定性不易控制、实验时间周期长等问题.在数值模拟中,通过改变不同参数得到了相图、频谱图以及分岔图,比较深入详细地对这种混沌摆的相关特性进行了描述,也有利于学生加深对混沌摆的理解.