分数阶非线性Duffing振子方程的特性研究

将Caputo分数阶微分算子引入到非线性的Duffing振子方程中,运用同伦扰动变换法——一种同伦扰动法和Laplace变换相结合的方法来求解分数阶的非线性方程,借助Mathematica软件的符号计算功能得到了分数阶非线性Duffing振子方程的近似解,研究了振子运动过程与分数阶导数之间的关系。

基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计

铁路轨道作为移频信号的传输载体,其对于信号对象传输轨迹疏密度的辨别能力,决定了轨道体系对移频信号的测量准确性;为实现对信号对象传输频率的准确辨别,设计基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统;将电源模块输出的电量信号,按需分配至STM32F103微处理器、移频信号辨别模块与DSP测量单元之中,完善各级应用部件之间的连接关系,实现铁路轨道移频信号测量系统的硬件方案设计;确定移频信号的Duffing振子描述条件,针对其定义形式,构造移频信号的相空间,完成对铁路轨道移频信号的提取;求解铁路轨道的Lyapunov指数,并构建移频信号的Duffing方程,确定混沌测量参数的取值范围,实现对铁路轨道移频信号的测量,联合各级应用部件,完成基于Duffing振子的铁路轨道移频信号测量系统设计;实验结果表明,上述系统测量所得信号传输轨迹疏密度与真实轨迹疏密度相似度较高,并且测量结果准确率最高值达到了84%左右,说明其能够实现对铁路轨道移频信号的准确测量。

用两项谐波法求解强非线性Duffing方程

提出了一类强非线性动力系统的两项谐波法。采用Ritz-Galerkin法,将描述动力系统的二阶常微分方程化为以频率、振幅为变量的非线性代数方程组;考虑初始条件补充约束方程,构成频率、振幅为变量的封闭非线性代数方程组。利用Maple程序可以方便地求解。分析了三种标准类型的Duffing方程,实例表明,两项谐波法方法简单,具有较高的精度。两项谐波法将谐波平衡法与等效线性化方法相结合,克服了二者的缺点吸取了二者的优点,取较少的谐波数目就可以达到比较高的精度。

一类非线性振动Duffing方程的精确解

针对单自由度自治系统中常见的一类非线性振动Duffing方程,在没有任何假设和近似的前提下,引入anstz,利用一个2阶常微分方程及其解,经过等价变换,给出了该类方程的精确解法。本文以软弹簧型Duffing方程为例,通过将解回代原方程,证明了解答的正确性。还讨论了不同初始条件下软弹簧型Duffing方程精确解的形式。研究表明:该方法还可应用于其它非线性振动Duffing方程的求解。

强非线性Duffing方程的摄动解

用参数展开摄动法和改进的 L- P方法求解强非线性 Duffing方程。与寻常的摄动法相比 ,具有较高的精度。

非线性Duffing方程自由振动频率解分析

应用Gauss-Chebyshev求积公式求解了Duffing方程的自由振动频率,得到了高精度近似计算公式。对Duffing方程精确椭圆积分频率解进行了数值计算,以此结果为基准,通过绘制多种典型方法得到的Duf-fing方程自由振动频率解的频率-振幅曲线,定性分析了各公式的精度。以Duffing方程特征振幅为基准,定量分析了各公式的计算值及其相对误差,指出基于Gauss-Chebyshev求积公式的Duffing方程自由振动频率解表达式具有形式简洁、精度高的优点,其优势在大振幅情况下以及软弹簧系统中更为明显。最后指出,现有的频率解在计算精度方面存在一定的差异,有的适合软弹簧系统,有的适合硬弹簧系统,应注意区分它们的适用范围,而应用Gauss-Chebyshev求积公式得到的结果则具有普适性。

非线性软弹簧型Duffing方程的解析解

针对单自由系统中物体受非线性软弹簧作用时的Duffing方程,利用Anstz方法,在没有任何假设和近似的前提下,引入一个二阶常微分方程及其解,经过推演和变换,得到了Duffing方程的解析解,通过将解回代原方程,证明了其解答的正确性,并讨论了解答的适用初始条件。该方法得到的解答准确,形式简洁,便于在其他非线性Duffing方程的求解中应用。

非线性Duffing方程的高精度近似解

由参数迭代法得到非线性Duffing方程的高精度近似解，即使在小参数ε＝1的强非线性情况下，方程的误差函数在整个解域小于1％

利用单向驱动非线性耦合Duffing振子检测微弱信号(英文)

针对单个Duffing振子检测微弱信号时相变判别计算量大、时间长、不易把握等问题,建立了一个单向驱动非线性耦合Duffing振子系统。根据横向Lyapunov指数分析了系统在混沌态到大尺度周期态时振子间运动轨迹的同步演化特性,提出了利用同步误差来判别相变的新方法。实验仿真表明,在强噪声背景下该耦合系统仍能够正确快速地检测出微弱信号。

两弹性耦合纳米尺度Duffing振子的非线性动力学特性

为了把非线性动力学理论应用于超灵敏质量传感技术,应用积分方程法研究了由两个弹性耦合的纳米尺度Duffing振子构成的非线性受迫振动系统的动力学特性。该方法首先求得控制方程的线性部分对应的级数形式的格林函数,然后把控制方程转化为积分方程,再把积分方程化为代数方程组,最后数值求解该方程组,得到问题的近似解。由数值实验发现,当系统的参数取一组特定数值时,此系统可发生模态局部化现象。而当系统的参数取另一组特定数值时,一个振子的质量的微小变化可引起另一个振子的周期响应发生剧烈变化。

关于“非线性Duffing方程的高精度近似解”一文的商榷

本文认为文[1]中的参数迭代法实际上就是一种加权残量法，而不是一种新的方法．通过选取不同的配置点，可得到精度更高的近似解．

两项分数阶微分控制的非线性Duffing振子共振特性研究

研究了基于振子位移的两项分数阶微分控制的非线性Duffing振子的共振特性。由利用多尺度法得到的系统近似解析解可以看出:在非线性Duffing振子系统中,分数阶微分控制项系数KD1、KD2和阶次p3、p4以改变等效阻尼和等效刚度的方式影响系统的共振幅频响应特性。进一步研究表明:除了阶次p4的增大会增加系统的共振幅值以外,其它3个参数的增大,都能够使系统的共振幅值减小,且系数KD1、KD2对共振幅值的影响要强于阶次p3、p4的影响;除系数KD1外,其它3个参数的增大,都将使得系统共振频率减小。

有阻尼的强非线性Duffing方程强迫振动问题的插值摄动解法

用插值摄动法和改进的L－P法相结合的方法求解了一类有正阻尼的强非线性Duffing方程强迫振动的初值问题，计算过程中仅需代数和求导运算，不需求积或求解微分方程，并能反映振幅的变化，因而优于一般的改进的L－P法。

利用自然振子方程研究赤道东太平洋海温演化的准非线性特征

在前人利用时滞自然振子方程研究赤道东太平洋海温演变特征的基础上，根据实际观测资料，反演获得了描述赤道东太平洋海温演变的时滞自然振子方程，并根据反演获得的非线性时滞自然振子方程、摄动理论和微分方程稳定性理论研究了赤道东太平洋海温演变的准非线性特征，获得一些有意义的结论：①计算所得时滞τ＝１４，与理论分析所得的在研究区域中激发产生向西传播的Ｒｏｓｓｂｙ波到达太平洋西海岸后反射出向东传Ｋｅｌｖｉｎ波，此波到达研究区域约滞后几个月至２年的结论一致：②在零级近似并考虑时滞作用条件下，赤道东太平洋海温在其演变过程中存在稳定的 Ｅ１Ｎｉｎｏ位相和稳定的ＬａＮｉｎａ位相；③在一级近似条件下，当赤道东太平洋前期海温值处于远离平均值的条件下，赤道东太平洋海温系统为一稳定的动力系统，随着时间ｔ的增长，赤道东太平洋海温的演化将趋于平均值；而一旦赤道东太平洋海温的演化趋于平均值时，赤道东太平洋海温系统将有可能转变为一不稳定动力系统，随着时间ｔ的增长，赤道东太平洋海温的演化将远离平均值。由此构成了赤道东太平洋海温在Ｅ１Ｎｉｎｏ位相和ＬａＮｉｎａ位相间来回振荡，循环往复的基本演变图象。④根据τ＝１４月。

有限差分法求解一维非线性谐振子问题

针对许多量子体系很难得到薛定谔方程解析解这个问题,本文提出采用有限差分法求解薛定谔方程,从而将连续的量子力学本征值问题转化为离散的矩阵运算问题.首先,以一维线性谐振子为例,采用有限差分法求解了该体系的本征能量以及本征函数;然后,与一维线性谐振子的解析解进行对比,验证了有限差分法求解薛定谔方程的可行性与准确性;最后,又采用有限差分法求解了一维非线性谐振子的本征能量以及本征函数,并与微扰法得到的近似解进行了比较.

非线性谐振子运动方程的解析解

运用Adomina分解法求非线性谐振子运动方程的解析解

具调和振子的非线性Schr dinger方程的Cauchy问题

考虑具调和振子的非线性 Schr dinger方程的 Cauchy问题 .采用 Galerkin方法证明了整体强解的存在性 。

Duffing振子在水工结构动力响应信号检测应用中的一种混沌判据

【目的】Duffing振子是一种典型的非线性动力系统,混沌状态的判断是利用Duffing振子进行水工结构动力响应信号检测的基础准则。Duffing振子系统进入混沌状态时,系统状态时序图和相图会变得更为无序和复杂,可以对系统状态进行直观反映,但直接将二者作为系统混沌状态的判断依据,存在较为模糊和主观性较大的问题。为了对Duffing振子系统状态时序图和相图的复杂程度进行定量描述,以便更准确地利用二者对Duffing振子系统混沌状态的判断,【方法】提出了一种利用系统内状态量的时序图和相图盒维数的指数组合的指标,将该指标是否发生突变作为利用Duffing振子进行信号检测时的混沌状态的判断依据。【结果】所提出的Duffing振子混沌状态识别指标在Duffing方程的仿真分析、正弦波仿真信号检测和悬臂梁锤击动力响应信号检测试验中分别表现出22.611%、17.514%和30.975%的相对变化率。同时振子对应的李雅普诺夫指数也由负转正,但Duffing方程的仿真分析结果显示李雅普诺夫指数作为识别指标更为敏感,在振子系统的时序图和相图未明显表现出混沌状态时,其已经由负转正。【结论】由试验结果可知:可以根据所提出识别指标是否发生突变进行识别振子混沌状态,达到信号检测的目的。同时,所提出的混沌状态识别指标以时序图和相图的复杂程度直接作为判断标准,与其他指标相比更为直接和合理。悬臂梁动力响应信号检测试验初步验证了所选取的识别指标应用到具体工作中的可行性,有望应用于结构损伤识别,共振发现等工作中。

具调和振子的非线性Schrdinger方程

考虑具调和振子的非线性Schr dinger方程的Cauchy问题。采用Galerkin方法证明了整体强解的存在性 。

Duffing振子微弱信号检测方法的统计特性研究

利用混沌振子可以检测极其微弱的信号，并且具有很多优点.本文根据随机微分方程理论，通过对噪声经过Duffing系统后统计特性的分析，确定了采用此方法检测的信噪改善比，从而为该方法的实际应用提供了指导并且，本文针对周期系数线性微分方程的特点。