弹簧车摆的动力学模拟研究SIMULATION STUDY ON THE DYNAMICS OF SPRING CAR PENDULUM
刘锦,张孟
摘要(Abstract):
弹簧牵引下的车摆模型是一个复杂的不可积非线性动力学体系,采用牛顿力学定律建立了车摆模型的动力学方程,运用Matlab软件进行计算机数值模拟并详细讨论了车摆模型中小球和车随时间动力学演化过程和运动特征。研究发现摆球的运动在多数情况下是混沌的,同时也会出现拟周期运动,并在一定范围内出现混沌和拟周期运动并存且交替变化的阵发性混沌运动现象。直观描绘出摆球运动中轨迹图、相图、时域图对下落角度初始值的极端敏感依赖性。通过数值模拟处理不可积系统得到的计算结果为车摆相关模型的物理教学和研究提供参考依据。
关键词(KeyWords): 弹簧车摆;非线性系统;数值模拟;物理教学
基金项目(Foundation): 2019年华东理工大学教改项目(80222301901001);; 2020年华东理工大学教师思政和师德建设研究课题(重点项目)(YK0109002)资助
作者(Author): 刘锦,张孟
参考文献(References):
- [1] 刘宁昕,董坤,章曦,等.三维弹簧摆的内共振特性分析[J].大学物理,2013,32(4):46-49.LIU N X,DONG K,ZHANG X,et al.Analysis of internal resonance characteristics of three dimensional spring pendulum[J].College Physics,2013,32(4):46-49.(in Chinese)
- [2] 夏清华,屈少华.受不稳定约束弹簧摆运动的研究[J].大学物理,2015,34(4):6-10.XIA Q H,QU S H.Study on the motion of spring pendulum with unstable constraints[J].College Physics,2015,34(4):6-10.(in Chinese)
- [3] 张利娟,张华彪,李欣业.基础水平运动的弹簧摆的周期解与稳定性[J].物理学报,2018,67(24):171-185.ZHANG L J,ZHANG H B,LI X Y.Periodic solution and stability of spring pendulum with horizontal motion of foundation[J].Acta Physica Sinica,2018,67(24):171-185.(in Chinese)
- [4] 郑建龙,虞献文.弹簧摆的内共振特性分析[J].物理与工程,2010,20(2):13-16.ZHENG J L,YU X W.Analysis of internal resonance characteristics of spring pendulum[J].Physics and Engineering,2010,20(2):13-16.(in Chinese)
- [5] 马军海,陈予恕,刘曾荣.动力系统实测数据的非线性混沌特性的判定[J].应用数学和力学,1998(6):3-5.MA J H,CHEN Y S,LIU Z R.The judgment of nonlinear chaos characteristics of the measured data of dynamic system[J].Applied Mathematics and Mechanics,1998,(6):3-5.(in Chinese)
- [6] 李明达,袁哲诚,罗锻斌.一种非线性动力学系统混沌现象的深入研究[J].大学物理,2020,39(1):33-37+60.LI M D,YUAN Z C,LUO D B.Deep research on chaos in a nonlinear dynamic system[J].College Physics,2020,39(1):33-37,60.(in Chinese)
- [7] 王诗斌.混沌理论及混沌振荡器的研究[D].长沙:湖南大学,2004.