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188宝金博页面版: 加性和乘性泊松白噪声联合激励下光滑非连续振子的随机响应

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内容提示: 物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 6 (2014) 060502 加性和乘性泊松白噪声联合激励下光滑非连续 振子的随机响应 岳晓乐 徐伟 张莹 王亮 (西北工业大学应用数学系, 西安 710072) (2013年9月7日收到; 2013年12月8日收到修改稿) 利用广义胞映射方法, 研究了加性和乘性泊松白噪声联合作用下SD振子 (smooth and discontinuous oscillator) 的随机响应问题. 基于图分析算法, 获得确定SD振子的吸引子、吸引域、域边界、鞍和不变流形等 全局特性. 基于矩阵分析算法, 计算了SD振子在泊松白噪声激励下的瞬态和稳态响应. 结果表明: 随机响应 的概率密度...

文档格式:PDF | 页数:6 | 浏览次数:61 | 上传日期:2015-09-26 21:01:42 | 文档星级:
物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 6 (2014) 060502 加性和乘性泊松白噪声联合激励下光滑非连续 振子的随机响应 岳晓乐 徐伟 张莹 王亮 (西北工业大学应用数学系, 西安 710072) (2013年9月7日收到; 2013年12月8日收到修改稿) 利用广义胞映射方法, 研究了加性和乘性泊松白噪声联合作用下SD振子 (smooth and discontinuous oscillator) 的随机响应问题. 基于图分析算法, 获得确定SD振子的吸引子、吸引域、域边界、鞍和不变流形等 全局特性. 基于矩阵分析算法, 计算了SD振子在泊松白噪声激励下的瞬态和稳态响应. 结果表明: 随机响应 的概率密度函数演化方向和确定情况下的不稳定流形形状之间存在密切联系. 蒙特卡罗模拟结果表明, 所使 用的方法是有效且准确的. 关键词: 光滑非连续振子, 广义胞映射方法, 随机响应, 泊松白噪声 PACS: 05.45.–a, 74.40.De, 82.40.Bj DOI: 10.7498/aps.63.060502 1 引 言 泊松白噪声是一组具有随机幅值和随机到达 时刻的脉冲序列, 属于非高斯噪声, 其模型常常用 来描述结构振动中的海浪、风、地震等激励. 近几 十年来, 关于泊松白噪声激励下非线性动力系统的 响应问题有一系列的研究成果, 但在这些成果中仅 有个别系统的解具有解析表达式1 2. 因此, 数值 和逼近方法仍然占据主导地位, 像随机平均法3 4、 路径积分法5、胞映射方法6 7、指数多项式闭合 法8 9、等效线性化法10等.在这些研究方法中, 胞 映射方法是一种既能分析确定性动力系统全局特 性, 又能够分析随机动力系统响应问题的有效数值 工具. 胞映射方法最初由Hsu11 12提出, 并用于分 析确定性动力系统的全局特性, 分为简单胞映 射方法和广义胞映射方法. 随后, 众多学者又 提出了一系列改进方法13−17并展开了相关研 究18 19. 在随机动力系统研究中, 通过有效地 计算一步转移概率矩阵, 可以得到系统响应的 概率密度函数20 21. 本文利用广义胞映射方 法, 基于图分析算法14−16 22确定吸引子、吸引 域、边界、鞍和不变流形等定性性质, 基于矩阵分 析算法23计算随机响应的瞬态和稳态概率密度 函数. 光滑非连续振子(SD振子)由Cao等24提出, 它的动力学特性取决于一个光滑参数 , 当 = 0 时系统具有不连续特性, 当 0时则表现为 光滑特性. SD振子的动力学模型24由一个质 量为 和一对刚性固定且可以压缩和伸展的 弹簧 连接而成. 关于该振子的动力学特性研 究, 已经有一系列丰富的研究成果, 如极限环响 应25、余维2分岔26、Hopf分岔27和共振28等 特性. 然而随机激励下SD振子的动力学性质 研究, 目前的结论甚少29. 本文利用胞映射方 法, 研究泊松白噪声激励下SD振子的随机响应 问题. 国家自然科学基金 (批准号: 11302170, 11172233, 11302171, 11102155)、陕西省自然科学基金 (批准号: 2012JQ1004) 和西北工 业大学基础研究基金资助的课题. † 通讯作者. E-mail: xiaoleyue@nwpu.edu.cn © 2014 中国物理学会 Chinese Physical Society 060502-1

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