高维非线性动力系统的降维方法与分岔研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:higirl002
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本文研究了基于切比雪夫正交多项式理论和非线性Galerkin法的高维非线性动力学系统降维技术及非线性油膜力、密封力作用下转子-轴承系统的非线性动力学问题。  复杂动力系统往往呈现出高维、非线性、强耦合的特点,这类系统的动力学特性即使采用数值方法研究也存在着很多困难。非线性非自治系统的动力学行为模式往往由低维流形上的动力学所控制,因而降维简化就成为从理论上揭示其动力学现象的必要步骤和前提。本文利用平移后的切比雪夫正交多项式理论求得一个线性项随时间周期变化的非线性非自治系统的Liapunov-Floquet变换矩阵,将其变换为线性项时不变的系统,再利用非线性Galerkin法对此系统进行降维。通过对降维前后系统的时间历程图和相轨迹图的对比,说明降维成功。  针对单圆盘Jeffcott转子-轴承系统,建立其在非线性油膜力和密封力作用下的动力学方程,其中油膜力采用了Capone在1991年提出的短轴承假设下的非线性油膜力模型,该模型具有较好的精度和收敛性,密封力采用了Muszynska非线性模型。本文利用龙格-库塔法求解上述非线性转子-轴承动力学系统,得到了系统的周期响应和非线性动力学特性,利用最大值法绘制了系统随转子转速和圆盘质量偏心变化的分岔图。在所研究的转速变化范围内,通过绘制Poincare截面图、轨迹图、相图等,发现随着转子转速和圆盘质量偏心的变化,系统发生周期运动、倍周期运动以及准周期运动,进而进入混沌状态,而后又变为二周期运动,最后以周期运动结束。
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