Дослідження стійкості нормальних форм коливань в деяких суттєво нелінійних системах

Abstract

Стійкість нормальних форм коливань аналізується за допомогою двох підходів. Перший з них – це так званий метод алгебраїзації за Айнсом, коли обирається нова незалежна змінна, пов’язана з розв’язком, що розглядається. Тоді рівняння в варіаціях перетворюється в рівняння з особливими точками. Проблема отримання розв’язків, що відповідають границям між областями стійкості / нестійкості, в цьому випадку зводиться до проблеми отримання розв’язків, що мають сингулярності в цих особливих точках. Такі розв’язки можна отримати у вигляді степеневих рядів, коефіцієнти яких задовольняють системі однорідних лінійних алгебраїчних рівнянь. Умова існування нетривіальних розв’язків подібних систем дає границі між областями стійкості/нестійкості в просторі параметрів вихідної системи. Перевага методу алгебраїзації є в тому, що нема потреби використовувати представлення у часі розв’язку, що досліджується на стійкість. Інший підхід до про-блеми стійкості форм коливань пов’язаний з класичним визначенням стійкості за Ляпуновим. Запропонований аналітико-числовий тест може бути використаний в задачі стійкості форм коливань тоді, коли ця проблема не має аналітичного розв’язку. Він також дозволяєотримати границі між областями стійкості / нестійкості у просторі параметрів системи. В роботі перший підхід використано для аналізу стійкості нормальних форм коливань в системі пов’язаних осциляторів на суттєво нелінійній пружній опорі, а другий - для аналізу стійкості горизонта-льної форми коливань в так званому стохастичному абсорбері.

In the paper stability of nonlinear normal modes is analyzed bytwo approaches. One of them is the method of Ince algebraization, when a new independent variable associated with the unperturbed solution is introduced in the problem. In this case equations in variations are transformed to equations with singular points. The problemof determination of solutions corresponding to boundaries of the stability/instability regions is reduced here to the problem of determination of functions that have singularity at the mentioned points. Such solutions can be obtained in the form of power series, which coefficients are satisfying a system of homogeneous linear algebraic equations. The condition ensuring the existence non-trivial solutions for such systems determines the boundaries between the stability/instability regions in the system parameter space. An advantage of the Ince algebraization is that we do not use the time-presentation of the solution when studying its stability. Other approach to investigating steady state stability is associated with the classical Lyapunov definition of stability. The analytical-numerical test proposed in the paper can be applied to a stability problem when the problem has no analytical solution. It also allows to obtain boundaries between the stability/instability regions in the system parameter space. In the present paper the first approach is used to analyze stability of normal vibration modes in the system of connected oscillators onthe essentially nonlinear elastic support, and the second oneis used to analyze stability of a horizontal vibration mode in the so-called stochastic absorber.