[發明專利]一種非線性浮力混沌實驗裝置

有效

• 申請號: 201210052255.3
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102622928A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 吳本科;高峰;陳向東;袁自鈞;劉福峽
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種非線性浮力混沌實驗裝置，更具體地說是一種用于觀察非線性振動系統產生的混沌現象、研究混沌運動的實驗裝置。

背景技術

近年來非線性科學的研究使得非線性現象得到了普遍的理解和認識，各種非線性實驗裝置也應運而生。但是由于非線性系統的復雜性和多元性，使得非線性實驗儀器發展受到很大的限止。在非線性科學中最重要的分支和最典型的現象之一就是混沌現象，它是由確定性方程描述的簡單系統，但產生的結果則是極為復雜的、貌似隨機的無規則運動現象，這種現象主要表現在非線性系統產生的結果依賴于初始條件的敏感性。目前用于觀察混沌現象的實驗裝置，多數都不同程度地存在混沌現象不直觀、定量研究過于簡單和可操作性不強等問題。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種能夠直觀觀察非線性振動系統產生的混沌現象、定量研究混沌運動的非線性浮力混沌實驗裝置。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明非線性浮力混沌實驗裝置的結構特點是在支架上設置一周期振源，在所述周期振源上掛接彈簧；錐體振子懸吊在所述彈簧的底端；所述錐體振子的下方固定設置一盛液容器，所述錐體振子浮于盛液容器內的液體之中。

本發明非線性浮力混沌實驗裝置的結構特點也在于：

所述周期振源是設置一由電機驅動、可在豎直平面中轉動的轉盤，所述彈簧掛接在處于轉盤偏心位置上的掛桿上，通過調節掛桿在轉盤上的偏心距調整周期振源的振幅。

所述錐體振子為錐形體，包括圓錐體和棱錐體。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明能夠用于直觀觀察非線性振動系統產生的混沌現象、定量研究混沌運動，操作性強；

2、本發明錐體振子設計成錐形體，隨著錐體振子在液體中位置不同，振子在液體中產生的浮力與位置間是一個非線性關系，從而實現非線性振動系統；

3、本發明中周期振源是由電機驅動轉盤形成，周期振源的振幅發生變化后，會使非線性振動系統在周期、準周期、混沌等運動狀態中運動，從而定量確定不同運動狀態下的條件。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

圖中標號：101支架、102周期振源、103彈簧、104錐體振子、105盛液容器。

具體實施方式

參見圖1，本實施例中非線性浮力混沌實驗裝置是在支架101上設置一周期振源102，在周期振源102上掛接彈簧103；錐體振子104懸吊在彈簧103的底端；錐體振子104的下方固定設置一盛液容器105，錐體振子104浮于盛液容器105內的液體之中。

具體實施中，錐體振子104為錐形體，包括圓錐體和棱錐體；周期振源102是設置一由電機驅動、可在豎直平面中轉動的轉盤，彈簧103掛接在處于轉盤偏心位置上的掛桿上，通過調節掛桿在轉盤上的偏心距可以調整周期振源102的振幅。

如圖1所示，在豎直方向上，錐體振子104通過彈簧103與周期振源102相連接形成振動系統；隨著錐體振子104在液體中位置不同，錐體振子所獲得的浮力與其所在液體中的深度是一個非線性關系，由此確定非線性振動系統；周期振源102由電機帶動轉盤產生，周期振源102振幅發生變化后，會使非線性振動系統在周期、準周期、混沌等運動狀態中運動，從而定量確定不同運動狀態下的條件。

本實施例中，實驗裝置產生混沌現象的理論依據如下：

錐體振子104在彈簧103的彈性力F_彈、非線性浮力F_浮、液體粘滯阻力F_阻、重力F_重和周期振源102驅動力F_驅作用下形成非線性振動，當振源振幅等滿足某些條件時，就可以產生混沌運動。

根據力學理論可以將錐體振子104的振動方程表達為：