对于第二阶模态主共振情况(Ω≈ω2),弹性地基梁平均方程的极坐标形式可以表示成:
图5.12 弹性地基梁的激励响应曲线(σ2=0.04和Ω≈ω1)
相应的间接激发模态幅值为:a1=(-S1cosγ2±Δ)/2S11。
图5.13给出了第二阶模态主共振时(Ω≈ω2)弹性地基梁第一阶模态和第二阶模态的幅频响应曲线,其中f2=0.01。可以看出弹性地基梁的单模态响应呈明显的硬化行为。同时,幅频响应曲线在较宽的频率区域内存在两模态解。对于两模态解分支而言,稳定的平衡解在HB1处经过Hopf分岔失去其稳定性,同时不稳定解分支也在HB1处存在Hopf分岔。值得指出的是,间接激发的低阶模态幅值远大于高阶模态幅值。因此,高阶模态主导了弹性地基梁的非线性响应。
图5.13 弹性地基梁的幅频响应曲线(f2=0.01和Ω≈ω2)
图5.14给出了平均方程的周期解分支,其中TR为环面分岔点。可以看出,随着调谐参数σ2的减小,非稳定极限环单调增大。另外,非稳定周期解分支在PD1处存在倍周期分岔。此外,还可以看出,不稳定周期解经历了一系列倍周期分岔,并在PD2处获得其稳定性。然而平均方程稳定周期解仅存在于一个特定的频率区间,并且在TR1处经过环面分岔失去其稳定性。
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图5.14 弹性地基梁平均方程的周期解分支(f2=0.01和Ω≈ω2)
图5.15给出了弹性地基梁平均方程的数值积分结果,其中σ2=0.154。可以看出动态解的拟周期性。然而,随调谐参数σ2的减小,平均方程并不会出现混沌解。相反,由于初值条件的变化,拟周期解会跳跃到两模态解或者单模态解。值得注意的是,如果外激励幅值f2轻微增大,如f2>0.0105,那么平均方程的动态解将进入混沌区。图5.16给出了弹性地基梁平均方程的混沌解,其中f2=0.011。对比图5.15可以看出,平均方程经历了环面的破坏。
图5.15 弹性地基梁的平均方程的拟周期解
(a)时间历程;(b)FFT;(c)庞加莱截面
图5.16 弹性地基梁的平均方程的混沌解
(a)相图;(b)FFT;(c)庞加莱截面
图5.17给出了弹性地基梁的激励响应曲线,其中σ2=0.10。可以看出,两模态解在整个区域内基本一直存在,而且弹性地基梁间接激发模态的幅值明显大于直接激发模态的幅值。
图5.17 弹性地基梁的激励响应曲线(σ2=0.10和Ω≈ω2)
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