Bifurcation analysis for periodic patterns appearing in nonlinear dynamical systems

非线性动力系统中出现的周期模式的分岔分析

基本信息

  • 批准号:
    12440026
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.01万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2000
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2000 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Structures of periodic patterns (periodic stationary solutions or traveling wave solution whose wave profile is periodic) are studied. More precisely, we study bifurcations of these solutions, stability of bifiucated solutions secondary bifurcation and the dynamics around them. First we study the behavior of periodic solutions to a perturbed integrable systems which is originally a physical problem that describe wave motion on a liquid layer over an inclined plane. Nest, these method turns out to be applicable to more general nonlinear wave phenomena, such as the Swift-Hohenberg equation which is a simple model of thermal convection. By the mathematical rigorous normal form analysis, sometimes referred to as "weak nonlinear analisys", we could show the existence of non-trivial stable mixed mode solutions to these equations and this corresponds to the modulated wave solutions. In the case of Swift-Hohenberg equation we found a localized patterns of pulses as well as the mixed mode solution by using the numerical simulation. And later we prove the existence of these solutions by numerical verification technique.On the other hand we study the stability of periodic patterns in the context of gradient/skew gradient systems. As a result, we could show that activator-inhibitor system and the Swift-Hohenberg equations are skew gradient and also the dynamics of periodic roll patterns in these system are controlled by the Eckhaus instability and Zigzag instability.
研究周期性模式的结构(周期性平稳解或波廓为周期性的行波解)。更准确地说,我们研究这些解的分叉、分叉解二次分叉的稳定性以及它们周围的动力学。首先,我们研究扰动可积系统的周期解的行为,这最初是一个描述倾斜平面上液体层上的波动的物理问题。事实证明,这些方法适用于更一般的非线性波现象,例如 Swift-Hohenberg 方程,它是一个简单的热对流模型。通过数学严格的范式分析(有时称为“弱非线性分析”),我们可以证明这些方程存在非平凡的稳定混合模式解,这对应于调制波解。对于 Swift-Hohenberg 方程,我们通过数值模拟找到了脉冲的局域模式以及混合模式解。随后我们通过数值验证技术证明了这些解的存在性。另一方面,我们研究了梯度/斜梯度系统中周期性模式的稳定性。因此,我们可以证明激活剂-抑制剂系统和 Swift-Hohenberg 方程是斜梯度,并且这些系统中周期性滚动模式的动力学受 Eckhaus 不稳定性和 Zigzag 不稳定性控制。

项目成果

期刊论文数量(38)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
M. Kuwamura and E. Yanagida: "The Eckhaus and zigzag Instability criteria in gradient/skew-gradient dissipative systems"Physica D. 175. 185-195 (2003)
M. Kuwamura 和 E. Yanagida:“梯度/斜梯度耗散系统中的 Eckhaus 和 zigzag 不稳定性准则”Physica D. 175. 185-195 (2003)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Y.Kametaka, K.Takemura, Y.Suzuki, A.Nagai: "Positivity and hierarchical structure of Green's functions of 2-point boundary value problems for bending of a beam"Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics. 18(2). 543-566 (2001)
Y.Kametaka、K.Takemura、Y.Suzuki、A.Nagai:“梁弯曲的 2 点边值问题的格林函数的正性和层次结构”日本工业应用数学杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Masataka Kuwamura: "A perspective of renormalization group approaches"Japan Journal of industrial and applied mathematics. 18(3). 739-768 (2001)
Masataka Kuwamura:“重整化群方法的视角”日本工业和应用数学杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Y. Kametaka, K. Takemura, Y. Suzuki and A. Nagai: "Positivity and hierarchical structure of Green's functions of 2-point boundary value problems for bending of a beam"Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics. 18(2). 543-566 (2001)
Y. Kametaka、K. Takemura、Y. Suzuki 和 A. Nagai:“梁弯曲的 2 点边值问题格林函数的正性和层次结构”日本工业与应用数学杂志。
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
M. Kuwamura: "A perspective of renormalization group approaches"Japan Journal of Industrial and Applied Mathematics. 18(3). 739-768 (2001)
M. Kuwamura:“重正化群方法的视角”日本工业与应用数学杂志。
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