刚性杆-弹簧摆模型复杂动力学特性的数值仿真

摘要

建立一种刚性杆-弹簧摆刚柔耦合强非线性动力学系统模型,给出了无量纲的动力学微分方程.该模型同时存在小幅度快速振荡和大范围慢速摆动的快、慢双时间尺度变量.针对工程中此类系统数值求解容易产生的刚性问题,采用一种三次Hermite插值精细积分法进行数值计算.将频率比、摆长比和初始摆角作为控制参数,研究刚性杆-弹簧摆刚柔耦合系统快、慢变量的复杂动力学行为.通过数值仿真分析,发现系统在不同的控制参数组合下呈现出混沌运动状态,并给出了与系统运动状态相关的控制参数范围,为复杂的刚柔耦合多体系统的设计与数值分析提供了参考.