Главная > АСИМПТОТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ НЕЛИНЕЙНОЙ МЕХАНИКИ (Н. Н.МОИСЕЕВ)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Рассмотрим теперь уравнение следующего вида:
\[
\ddot{z}+f(z, \tau)=\varepsilon \varphi(z, \dot{z}, \tau),
\]

где $\tau$ – «медленное время»: $\tau=\varepsilon t+$ const. Таким образом, в отличие от уравнения (2.1) уравнение (3.1) описывает колебательные процессы в системе с медленно меняющимися параметрами. При $\varepsilon=0$ уравнение (3.1) превращается в порождающее
\[
\ddot{z}+f(z, \tau)=0,
\]

где $\tau$ – некоторая постоянная.
Методы, развитые в предыдущем параграфе, без каких-либо существенных изменений могут быть использованы для исследования уравнения (3.1).

Общий интеграл порождающего уравнения, как и в предыдущем параграфе, будем считать известным, однако теперь он будет зависеть не только от $x$ и $y$, но и от параметра $\tau$ :
\[
z=Q(x, y, \tau),
\]
*) Ю. А.Митропольский, Проблемы асимптотической теории нестационарных колебаний, «Наука», М., 1954 ,

где, как и раньше, $y=\omega(x, \tau)\left(t+t_{0}\right)$. Заметим при этом, что теперь частота $\omega$ будет функцией не только амплитуды $x$, но и медленного времени $\tau: \omega=\omega(x, \tau)$.
Функция $Q$ будет удовлетворять уравнению
\[
\omega^{2} Q_{y y}+\hat{i}(Q)=0
\]

тождественно по $x$ и т.
Так же, как и в предыдущем параграфе, решение уравнения (3.1) будем искать в виде (2.5)
\[
\begin{array}{l}
z=Q(x, y, \tau), \\
\dot{z}=\omega(x, \tau) Q_{y}(x, y, \tau) .
\end{array}
\]

Другими словами, вместо переменной $\boldsymbol{z}$ мы введем новые переменные $x$ и $y$ при помощи равенств (2.5′) и (2.6′). Уравнения (2.7) и (2.8) в нашем случае будут иметь следующий вид:
\[
\begin{array}{c}
Q_{x} \dot{x}+Q_{y} \dot{y}-\omega Q_{y}+\varepsilon Q_{\tau}=0, \\
\left(\omega_{x} Q_{y}+\omega Q_{x y}\right) \dot{x}+\omega \dot{y} Q_{y y}+f(Q, \tau)+\varepsilon\left(\omega_{\tau} Q_{y}+\omega Q_{y \tau}\right)=\varepsilon \varphi .
\end{array}
\]

Разрешая эти уравнения относительно $\dot{x}$ и $\dot{y}$ и используя определения $\Delta$ и тождество (3.3), мы получим
\[
\begin{array}{c}
\dot{x} \Delta+\varepsilon\left\{\omega_{x}\left(Q_{\tau} Q_{y y}+Q_{x} Q_{y \tau}\right)-\omega_{\tau} Q_{y}^{2}\right\}=-\varepsilon \varphi Q_{y}, \\
-\dot{y} \Delta+\omega \Delta+\varepsilon\left\{\omega\left(Q_{\tau} Q_{x y}-Q_{x} Q_{y \tau}\right)+\omega_{x} Q_{y} Q_{\tau}-\omega_{\tau} Q_{x} Q_{y}\right\}=-\varepsilon \varphi Q_{x}
\end{array}
\]

или окончательно
\[
\left.\begin{array}{l}
\dot{x}=-\frac{\varepsilon}{\Delta}\left\{\varphi Q_{y}+\xi_{1}(x, y, \tau)\right\}, \\
\dot{y}=\omega(x, \tau)+\frac{\varepsilon}{\Delta}\left\{\varphi Q_{x}+\xi_{2}(x, y, \tau)\right\},
\end{array}\right\}
\]

где
\[
\begin{array}{l}
\xi_{1}=\omega\left(Q_{\tau} Q_{y y}-Q_{y \tau} Q_{y}\right)-\omega_{\tau} Q_{y}^{2}, \\
\xi_{2}=\omega\left(Q_{\tau} Q_{x y}-Q_{x} Q_{y \tau}\right)+\omega_{x} Q_{y} Q_{\tau}-\omega_{\tau} Q_{x} Q_{y} .
\end{array}
\]

Система (3.4) отличается от системы (2.10) лишь тем, что ее правые части зависят не только от переменных $x$ и $y$, т. е. не только от амплитуды и фазы, но и от времени. Существенно, однако, что правые части являются по условию медленно изменяющимися со временем. Поэтому основные соображения о возможности усреднения правых частей по периоду изменения быстрой переменной остаются в силе, так как за время, в течение которого фаза изменяется на $2 \pi$, величина $\tau$ изменяется мало.

Итак, и в этом случае мы также сможем составить систему укороченных уравнений
\[
\left.\begin{array}{l}
\dot{x}=-\frac{\boldsymbol{e}}{2 \pi \Delta} \int_{0}^{2 \pi}\left\{\varphi Q_{y}+\xi_{1}\right\} d y, \\
\dot{y}=\omega(x, \tau)+\frac{\boldsymbol{e}}{2 \pi \Delta} \int_{0}^{2 \pi}\left\{\varphi Q_{x}+\xi_{2}\right\} d y
\end{array}\right\}
\]

Таким образом, процедура Ван-дер-Поля формально применима к системам с медленно меняющимися правыми частями при условии, что функция $Q(x, y, \tau)$ описывает некоторый колебательный процесс (т. е. правые части системы (3.4) являются периодическими функциями «быстрой» переменной $y$ ). В этом случае мы можем заменить исходное уравнение (3.1) укороченными системой (3.5).

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru