若干高维强非线性振动系统的高精度解析近似解研究
批准号:
12062018
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
崔继峰
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
崔继峰
中文摘要
许多实际工程问题都可用高维强非线性振动系统来描述,它们的多解共存、拟周期解和极小(大)极限环等研究是目前国际上非线性动力学领域的前沿课题之一,受到相关人员的广泛关注。由于利用高维强非线性系统可以更为准确地模拟工程问题,因此研究这类系统的动力学行为具有重要的理论意义和工程实用价值。本项目拟通过理论分析和高精度数值技术相结合的方法来研究高维强非线性振动系统,希望能够对实际工程问题中这类系统的设计和振动控制有一定的指导意义,主要内容将以同伦分析方法为基本工具,结合多尺度和重整化群等方法,对强非线性振动系统的多解、拟周期解、极小(大)极限环及其稳定性问题进行研究,促进非线性振动理论在实际工程中的应用。
英文摘要
High-dimensional strongly nonlinear oscillation systems can be used to model many engineering phenomena. Their relative problems, such as co-existing solutions, quasi-periodic solutions and limit cycles, are all hot topics in the field of nonlinear dynamics. Specifically, high-dimensional strongly nonlinear systems can simulate practical engineering problems more accurately. Therefore, the investigation of the dynamic behavior of such systems has theoretical significance and high practical value. In this project, we will conduct theoretical analysis and high-precision numerical simulation to the high-dimensional strongly nonlinear oscillation systems. In detail, the homotopy analysis method (HAM) is used as a basic method, and other techniques such as multi-scale and renormalization group are combined with it to obtain the multiple solutions, quasi-periodic solutions, limit cycles and analyze the stability of this systems. Our work is expected to shed some light on the practical application of the nonlinear oscillation theory in engineering field.
本项目致力于研究高维强非线性动力系统,具有重要的理论意义和工程应用价值。以正弦波激励的分段线性-非线性振子为研究对象,分段振子的线性部分可直接求得精确解,采用多尺度法得到非线性部分的解析近似解,并通过与数值解的比较,验证了解析解与数值解的高度吻合,证明了方法的有效性。同时,项目引入新的分数阶尺度变换,将不同时空阶的分数阶非线性系统转化为整数阶非线性耦合系统,成功获得时空分数阶 Whitham-Broer-Kaup 方程的多孤子解和周期解,应用 G′/G 展开法推导分数阶 (2+1) 维 Hybrid-Lattice 系统的精确解,为有理型分数阶微分-差分方程分析提供了新思路。项目还提出了有效的数值求解方法,成功应用于新分数阶 jerk 混沌系统的数值模拟,并验证了其可行性和有效性。同时,首次采用最简单方程法求解了(1+1)维 Benjamin-Bona-Mahony 方程和应变波方程的孤子解,丰富了孤子解的结构。在(3+1)维变系数 Kadomtsev-Petviashvili 方程研究中,运用 Hirota 方法和 KP 方程族约化方法,探讨了怪波和 lump 孤子的传播特性。最后,研究了(3+1)维分形-分数阶 Yu-Toda-Sasa-Fukuyama 方程,成功推导出呼吸子解和 lump 解,并分析了交互作用解的特性。整体而言,本项目为高维非线性动力系统的分析提供了新的理论支持,并为其在实际工程中的应用提供了科学依据。
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