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IJMSD | 西北工业大学许勇教授、贾万涛副教授:跳跃噪声激励下含时滞单自由度拟线性系统的动力学分析

已有 1042 次阅读 2023-8-29 15:32 |个人分类:IJMSD|系统分类:论文交流

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图 文 导 读

在实际系统中,时滞和随机扰动不可避免。这些因素的存在显著影响系统动力学行为,并为系统的求解带来困难。研究噪声和时滞作用下非线性系统的动力学行为始终是动力学与控制领域研究中的热点问题。

西北工业大学许勇教授课题组在《国际机械系统动力学学报(英文)》(International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD)发表“跳跃噪声激励下含时滞单自由度拟线性系统的动力学分析”研究论文。该文提出了噪声激励下含时滞非线性系统的近似求解方法,研究了具有多时滞和泊松白噪声的单自由度拟线性系统的随机动力学。通过发展跳跃随机激励下的含多时滞系统的随机平均法,实现原始系统的降维,实现噪声激励下的非线性时滞系统的求解,进而推导李雅普诺夫指数的表达式,为渐近随机李雅普诺夫稳定性提供分析工具。研究结果表明,所提出的近似方法不仅能精确地预测跳跃随机激励下时滞系统的响应,而且能很好地刻画系统的随机稳定性。借助上述方法,文章详细探讨了泊松白噪声及时滞对系统响应及稳定性的影响。研究发现,随着泊松白噪声平均到达率的增加,系统不稳定参数区域变大(图1);时滞会引起系统的随机P分岔(图2),且时滞的增加会拓宽不稳定参数区域(图3)。该研究成果为工程实际中含时滞因素的随机系统动力学分析提供理论工具。

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图1  不同噪声到达率λ下系统随机稳定性参数空间(τα)

变化

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图2  时滞对系统随机分岔的影响,当时滞参数在黄色区域选取时系统响应密度函数为火山口,即出现随机分岔,当参数在红色区域选取时系统响应密度函数为单峰,无随机分岔

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图3  不同时滞参数τ2下系统随机稳定性参数空间(τ1α)

Stochastic dynamics of a single degree-of-freedom quasi-linear system with multitime delays and Poisson white noises are investigated using an approximate procedure based on the stochastic averaging method. The simplified equations, including the averaged stochastic differential equation and the averaged generalized Fokker–Planck–Kolmogorov equation, are obtained to calculate the probability density functions (PDFs) to explore stationary responses. The expression of the Lyapunov exponent is presented to examine the asymptotic stochastic Lyapunov stability. An illustrative example of a quasi-linear oscillator with two Poisson white noises controlled by two time-delayed feedback forces is worked out to demonstrate the validity of the proposed method. The approximate stationary PDFs of stochastic responses and asymptotic stochastic stability are demonstrated numerically and theoretically. The results show that the Gaussian white noise has a stronger influence on the dynamics than the Poisson white noise with a small mean arrival rate. Moreover, the influence of the time delay and noise parameters on stochastic dynamics is investigated. It is found that the PDFs under the Poisson white noise approach those under Gaussian white noise as the mean arrival rate increases. The time delay can induce stochastic P-bifurcation of the system. It is also found that the increase of time delay and the mean arrival rates of the Poisson white noises will broaden the unstable parameter region. The comparison between numerical and theoretical results shows the effectiveness of the proposed method.

Keywords:

time delay, 

stochastic response and stability, 

Poisson white noise

DOI: 10.1002/msd2.12043

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/msd2.12043

Cite this article: Jia W, Luo M, Hao M, Xu Y. Dynamical analysis of an SDOF quasi-linear system with jump noises and multitime-delayed feedback forces. Int J Mech Syst Dyn. 2022; 2(2):190-203.

该文亮点:

  1. 提出了跳跃噪声激励下含多时滞反馈控制力系统的随机平均法;
  2. 推导了系统的近似李雅普诺夫指数的表达式,给出了系统稳定性条件;
  3. 分析了跳跃随机激励与时滞反馈控制力对系统响应及稳定性的影响。


Highlights:
  1. A stochastic averaging approach is proposed for an SDOF system with multi-time-delayed feedback forces excited by stochastic jump noise excitation.
  2. An approximate Lyapunov exponent is derived based on the averaged equations to study the stability conditions of the system.
  3. The influence of stochastic jump excitation and multi-time-delayed feedback forces on the responses and stability of the system is analyzed.


作 者 简 介

贾万涛.jpg贾万涛 西北工业大学副教授。主要研究方向包括噪声激励下非线性系统的动力学与控制、随机动力学的数值方法及其应用研究。主持国家自然科学基金项目2项等;发表论文20余篇。


罗明霞.jpg罗明霞 西北工业大学数学与统计学院硕士研究生。研究方向为磁悬浮列车的随机动力学。


郝孟丽.jpg郝孟丽 西安理工大学讲师。主要研究方向为:Lévy噪声激励下非线性系统的动力学行为及其在生物系统中的应用。主持国家自然科学基金1项,陕西省自然科学基金1项;发表SCI论文8篇。



许勇.jpg

许  勇 西北工业大学教授、博士生导师,洪堡学者,入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”,获陕西省青年科技奖,获陕西省杰出青年基金资助。研究方向:非线性随机动力学与控制、应用概率统计、大数据分析。近年来,主持10项国家级科研项目,包含9项国家自然科学基金项目和1项国家重点研发计划课题;发表高水平论文60余篇;解决了复杂系统响应求解、振动机理分析与振动控制等一系列关键难题,成功应用于大型飞机的结构与强度设计,如机翼振动与控制、起落架缓冲性能分析与摆振控制;以第一完成人获陕西省科学技术奖一等奖、教育部自然科学奖二等奖。


期 刊 简 介

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IJMSD由来自18个国家的20位院士、17位国际学会主席、20位国际期刊主编等69位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。主编为南京理工大学芮筱亭院士,3位合作主编分别是加拿大皇家学会会士、加拿大工程院院士、欧洲科学院院士、加拿大麦吉尔大学Marco Amabili院士,国际理论与应用力学联盟(IUTAM)前司库、国际多体系统动力学协会(IMSD)前主席、德国斯图加特大学Peter Eberhard教授和美国工程院及科学院两院院士、欧洲科学院外籍院士、中国科学院外籍院士、美国工程科学协会前主席、美国西北大学Yonggang Huang院士

IJMSD旨在用机械系统动力学科学与技术为现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能的提升提供先进的理论、软件、方法、器件、标准,为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学,所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构,还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

目前,IJMSD已被ESCl, Scopus, Inspec, DOAJ等收录。2023年免收出版费,并为已录用稿件免费提供专业语言润色服务,欢迎全球科学家投稿交流。


期刊主页:

https://onlinelibrary.wiley.com/journal/27671402

投稿网址:

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