Damping may change the response characteristics of nonlinear oscillations due to the parametric excitation of a thin cantilever beam. When the natural frequencies of the first bending and torsional modes are of the same order of magnitude, we can observe the one-to-one combination resonance in the perturbation analysis depending on the characteristic parameters. The nonlinear behavior about the combination resonance reveals a chaotic motion depending on the natural frequencies and damping ratio. We can analyze the chaotic dynamics by using the eigenvalue analysis of the perturbed components. In this paper, we derived the equations for autonomous system and solved them to obtain the characteristic equation. The stability analysis was carried out by examining the eigenvalues. Numerical integration gave the physical behavior of each mode for given parameters.
This present work focuses on the influence of nonlinearities associated with impact on the rocking behavior of a rigid body block subjected to a two-dimensional excitation in the horizontal and vertical directions. The nonlinearities in rocking system are found to be strongly dependent on the impact between the block and the base that abruptly reduces the kinetic energy. In this study, the rocking systems of the two types are considered : The first is an undamped rocking system model that disregards the energy dissipation during the impact and the second is a damped rocking system, which incorporates energy dissipation during the impact. The response analysis is carried out by a numerical method using a non-dimensional rocking equation in which the variations in the excitation levels are considered. Chaos responses are observed over a wide range of parameter values, and particularly in the case of large vertical displacements, the chaotic characteristics are observed in the time histories, Poincare sections, the power spectral density and the largest Lyapunov exponents of the rocking responses. Complex behavior characteristics of rocking responses are illustrated by the Poincare sections.
랜덤하중 하에서의 구분적선형시스템이 갖는 노이즈의 영향으로 인해 그 특성이 많이 감소되거나 소멸된 응답거동으로부터 chaos거동을 검출하는 방법을 개발, 분석하였다. 해양에서 구조물이 받는 파력은 결정론적이 아닌 추계론적이다. 바람, 파도 그리고 조류 등에 의한 파력은 유한도의 랜던성을 갖으며, 이러한 파력은 지배적인 조화가진하중과 정규 백색노이즈를 더함으로써 표현할 수 있다. 외적 동요를 받는 시스템의 응답거동은 그 거동이 방해를 받으며, 이로 인해 chaos응답거동을 확인하기가 어려우며, 그 거동의 특성이 일반적인 랜덤거동과 다를 바가 없다. 이러한 경우, 평균 포인케어맵을 이용하여 랜덤노이즈에 의해 발견되지 않는 chaos응답거동을 식별할 수 있다. 본 연구에서는 직접수치시뮬레이션상에서 이러한 평균 포인케어맵을 만드는 방법을 개발하였으며, 얻어진 평균 포인케어맵의 적용범위에 대하여 분석하였다. 평균 포인케어맵은 노이즈가 포함된 조화가진하중을 받는 시스템의 chaos응답거동을 확인하는데 있어서 노이즈의 강도가 높을 때 일반적인 포인케어맵만으로는 놓칠 수 있는 chaos응답거동을 성공적으로 확인할 수 있음을 알아내었다. 또한 시스템의 응답거동에서 chaos의 특성이 완전히 사라지는 노이즈의 강도를 얻을 수 있음도 알아내었다.
This study deals with the interaction between buoyancy-induced convection and externally imposed excitation in the form of harmonic rocking and the effect of the interaction upon heat transfer in low-Pr liquids. A wide array of system responses are discussed using the spectral collocation numerical technique. The superposition of buoyancy and Coriolis forces leads to complex fluid flow and heat transfer. The transition to chaotic convection is accelerated, and heat transfer rates are reduced as the enclosure is excited at the fundamental frequency of oscillation associated with the pure buoyancy-driven case. Average heat transfer rates are correlated for Pr=0.02 and 0.03. The heat transfer is affected more in the Pr=0.03 liquid than the case of Pr=0.02.
Global bifurcations and chaos in modal interactions of an imperfect circular plate with one-to-one internal resonance are investigated. The case of primary resonance, in which an excitation frequency is near natural frequencies, is considered. The damping force is not included in the analysis. The Melnikov's method for heteroclinic orbits of the autonomous system was used to obtain the criteria for chaotic motion.
The non-linear responses of a slender rectangular cantilever beam subjected to lateral harmonic base-excitation are investigated by the 2-channel FFT analyzer. Both linear and nonlinear behaviors of the cantilever beam are compared with each other. Bending mode, torsional mode, and transverse mode are coupled in such a way that the energy transfer between them are observed. Especially, superharmonic, subharmonic, and chaotic motions which result from the unstable inertia terms in the transverse mode are analyzed by the FFT analyzer The aim is to give the explanations of the route to chaos, i.e., harmonic motion \longrightarrow superharmonic motion \longrightarrow subharmonic motion \longrightarrow chaos.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제16권5호
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pp.67-76
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1992
This paper describes the vibration characteristic of second-order nonlinear systems subjected to parametric excitation. Emphasis is put on the examination of the hydrodynamic nonlinear damping effect on limiting the response amplitudes of parametric vibration. Since the parametric vibration is described by the Mathieu equation, the Mathieu stability chart is examined in this paper. In addition, the steady-state solutions of the nonlinear Mathieu equation in the first instability region are obtained by using a perturbation technique and are compared with those by a numerical integration method. It is shown that the response amplitudes of parametric vibration are limited even in unstable conditions by hydrodynamic nonlinear damping force. The largest reponse amplitude of parametric vibration occurs in the first instability region of Mathieu stability chart. The parametric excitation induces the response of a dynamic system to be subharmonic, superharmonic or chaotic according to their dynamic conditions.
본 연구에서는 장주형 해양구조물의 횡방향 진동에 대한 파라메트릭 가진 효과를 고찰하였다. 먼저, 장주형 해양구조물의 횡방향 운동에 대한 4계 편미방지배방정식을 비선형 Mathieu 방정식으로 유도하였다. 비선형 mathieu 방정식의 해를 구하여 장주형 해양구조물의 동적 반응 특성을 해석하였다. 유체 비선형 감쇠력은 불안정 조건하에 있는 파라메트릭 진동의 반응크기를 제한 하는데 중요한 역활을 한다. 파라메트릭 진동의 경우 가장 큰 반응크기는 Mathieu 안정차트의 첫번째 불안정 구간에서 일어난다. 반면에, 파라메트릭 진동과 강제진동의 결합 진동인 경우, 가장 큰 반응 크기는 두번째 불안정 구간에서 발생된다. 파라메트릭 가진으로 인한 장주형 해양구조물의 횡방향 운동은 동적조건에 따라 subharmonic, superharmonic 또는 chaotic 운동이 되기도 한다.
Dynamic characteristics are investigated when a nonlinear system showing periodic and chaotic responses under harmonic excitation is exposed to random perturbation. About two well potential problem, probability of homoclinic bifurcation is estimated using stochastic generalized Meinikov process and quantitive characteristics are investigated by calculation of Lyapunov exponent. Critical excitaion is calculated by various assumptions about Gaussian Melnikov process. To verify the phenomenon graphically Fokker-Planck equation is solved numerically and the original nonlinear equation is numerically simulated. Numerical solution of Fokker-Planck equation is calculated on Poincare section and noise induced chaos is studied by solving the eigenvalue problem of discretized probability density function.
Wind turbine blades are increasing in magnitude without a proportional increase of stiffness for which reason geometrical and inertial nonlinearities become increasingly important. Often these effects are analysed using a nonlinear truncated expansion in undamped fixed base mode shapes of a blade, modelling geometrical and inertial nonlinear couplings in the fundamental flap and edge direction. The purpose of this article is to examine the applicability of such a reduced-degree-of-freedom model in predicting the nonlinear response and stability of a blade by comparison to a full model based on a nonlinear co-rotating FE formulation. By use of the reduced-degree-of-freedom model it is shown that under strong resonance excitation of the fundamental flap or edge modes, significant energy is transferred to higher modes due to parametric or nonlinear coupling terms, which influence the response and stability conditions. It is demonstrated that the response predicted by such models in some cases becomes instable or chaotic. However, as a consequence of the energy flow the stability is increased and the tendency of chaotic vibrations is reduced as the number of modes are increased. The FE model representing the case of infinitely many included modes, is shown to predict stable and ordered response for all considered parameters. Further, the analysis shows that the reduced-degree-of-freedom model of relatively low order overestimates the response near resonance peaks, which is a consequence of the small number of included modes. The qualitative erratic response and stability prediction of the reduced order models take place at frequencies slightly above normal operation. However, for normal operation of the wind turbine without resonance excitation 4 modes in the reduced-degree-of-freedom model perform acceptable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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