现代声学导论 - 3.ppt

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现代声学导论 - 3

§2-4、混沌简介;罗仑兹 (Lorenz) 在50年代末提出大气动力模型, 有十二个联立的方程。 六十年代初用计算机研究大气变化 发现系统对初值极为敏感。 提出蝴蝶效应( 正 确 否)。;有人认为混沌是第三次革命: 认为人类不可能完全准确地预言很远的将来。 第一次:不能超越光速;第二次:测不准。;经典分析力学是决定论: 已知支配方程和初始条件,可以准确确定未来的状态。 混沌理论认为高维非线性问题应用类似统计力学方法来处理。;§2-4-2、离散系统;简单的例子, 一维系统, 抛物线;稳定平衡态;倍周期:状态参数在周期内的数目随控制参数变化而成倍增加。 ;bm = 3.5, 0.3828, 0.8269, 0.8750, 0.5009;当bc bm 4 出现混沌;1975 Feigenbaum, J. 其 人 试 验 一 天 26 小 时;对初值敏感,取bm=4;§2-4-3、连续系统;. .;用自治一阶常微分方程组来描述的系统, 维数大等于3才可能有混沌。;例: 受迫阻尼摆方程,二阶非自治;得到三维自治的常微分方程组;§2-4-4、奇异吸引子;极限环, 如上满旋的钟表的摆会在两个极限位置之间运动, 在位置-速度相空间中是一个圆环,是一维吸引子。;罗仑兹从热对流的二维偏微分方程出发,付利叶展开, 去高阶小量,无量纲化,得到联立的三个非线性方程。;数值解非线性方程组得到奇异吸引子。 这个吸引子有分数维。;§2-4-5、对初值敏感;§2-4-6、声学混沌;随着电压的增加出现倍周期图;驱动频率: 23.56kHz 电压: 43V, 采样频率: fs = 1 MHz 在压力空间 { p(kt), p(kt-T), p(kt-2T) } 中观察;三维曲线,旋转15 度观看;分形理论是描述不规则事物的规律性的科学;这条曲线长度为无穷大,但占据面积为零。;无规分形:统计意义上的自相似;已经证明这个图形有统计意义上的自相似。 DLA模型描述了众多的物理、化学和生物过程所形成的结构;一个直线段L,用长为r尺子度量结果为;测量维数为D的物体X ,尺寸的大小由下式得到;对于科赫曲线,迭代k次后有;但粒子数目的多少会影响结果的普适性;具有分形结构的介质被称为分形介质 在分形介质中有一些反常现象如扩散变慢。;例:二维方形点阵的点被随机充填, ;逾渗集团是一种分形介质的模型;同时粒子密度满足连续性方程;引入归一化的分布函数P,;粒子从原点出发,经过时间t又回到原点的概率是;根据上面两个结果 粒子从原点出发,经过时间t又回到原点的概率 可以重写为;如果推广到具有分形结构的介质中去, 粒子只能在逾渗集团上行走,这时有;材料在一定尺度上出现分形特征, 从均匀向分形过渡有特征长度。 声波波长大于分形特征长度时声波具有声子的性质, 声波波长小于分形特征长度时声波具有分形子的性质。;§2-6、孤粒子波; 孤波是非线性偏微分方程在局部存在的稳定的解。 也称作为孤立子波 上世纪七十年,数值解认识到孤波的性质 有人用孤波解来描述基本粒子的运动;§2-6-2、基本方程;(2)运动方程;流体的运动无旋;假定流体不可压缩 ? = const ;边界条件结合基本方程是非线性的:;在水表面 y = h(x,t)处,压强为零 p = 0;§2-6-3、KdV方程;把 Q 对 y 展开,; 从(2-6-8)可得到下标为偶数的项可用Q0 来表示, 所以有 ;假定H L,A H 无量纲化 令 a = A/H, b=(H/L)2 x = Lz, t = L/c ?, h = Ah’, f = acf’,;;讨论线性问题,略去含 a, b 项,得到;从上两个方程必有;包含非线性, 采用微扰法;把以上解代入到边界方程 (2-6-10)有;取伴随坐标;孤波解;支谓夸???膘闺到啥都撒辈谈蛤盆扩箩胞运报花浪舱坏腾出铂郊汝拘骋纺赠现代声学导论 - 3现代声学导论 - 3;§2-6-4、 讨论;线性波的波包由积分表达;考虑一个沿正方向传播的波方程;从2-2节的解有;相速度;色散和非线性相互作用保持了一个集中的波形。;;习题: 2-5、试研究方程;M. Remoissenet, Waves called Solitons, Springer-Verlag BerlinHeidelberg, 1994

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