Для цитирования:
Говорухин В. Н., Цибулин В. Г., Тяглов М. Ю. Мультистабильность и эффекты памяти в динамической системе с косимметричным потенциалом // Известия вузов. ПНД. 2020. Т. 28, вып. 3. С. 259-273. DOI: 10.18500/0869-6632-2020-28-3-259-273
Мультистабильность и эффекты памяти в динамической системе с косимметричным потенциалом
Цель настоящего исследования – анализ сильной мультистабильности в динамической системе с косимметрией. Исследуется динамика и реализация стационарных состояний в механической системе с двумя степенями свободы. Минимум потенциальной энергии системы достигается на кривой в форме эллипса, что порождает континуальное семейство равновесий и сильную мультистабильность. Данная задача относится к классу динамических систем с косимметрией. Методы. Для анализа системы применялись методы вычислительного качественного анализа динамических систем и теории косимметрии. Результаты. Изучено поведение системы при изменении начальной потенциальной энергии, параметров эллипса и коэффициента трения. В консервативном косимметричном случае установлено существование в фазовом пространстве хаотических областей со сложной структурой. При наличии трения численно установлена сложная зависимость реализации равновесий семейства от начальных данных, что обусловлено эффектом памяти о консервативном хаосе. Представлены результаты анализа системы при нарушении косимметрии и продемонстрированы эффекты памяти о разрушенном семействе равновесий. Заключение. При сильной мультистабильности эффекты памяти о свойствах системы при их малом нарушении оказывают существенное влияние на динамику. Несмотря на полную определённость динамики при наличии трения (все траектории стремятся к равновесиям), наблюдается сильная зависимость реализации равновесий от начальных данных, что характерно для хаотической динамики. При малом нарушении косимметрии система демонстрирует также память об исчезнувшем континуальном семействе равновесий: из всех начальных данных траектории сначала стремятся к окрестности семейства, а затем медленно дрейфуют вдоль него к одному из сохранившихся равновесий.
- Feudel U. Complex dynamics in multistable systems // Int. J. of Bifurcation and Chaos. 2008. Vol. 18, no. 6. P. 1607–1626.
- Felk E.V., Kuznetsov A.P., Savin A.V. Multistability and transition to chaos in the degenerate Hamiltonian system with weak nonlinear dissipative perturbation // Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 2014. Vol. 410. P. 561–557.
- Шабунин А.В. Мультистабильность бегущих волн в ансамбле гармонических генераторов с дальнодействующими связями // Известия вузов. ПНД. 2018. Т. 26, № 1. С. 48–63.
- Govorukhin V.N., Yudovich V.I. Bifurcations and selection of equilibria in a simple cosymmetric model of filtrational convection // Chaos. 1999. Vol. 9. P. 403–412.
- Gotthans T., Petrzela J. New class of chaotic systems with circular equilibrium // Nonlinear Dyn. 2015. Vol. 81. P. 1143–1149.
- Li C., Sprott J.C., Hu W., Xu Y. Infinite multistability in a self-reproducing chaotic system // Intern. J. of Bifurcation and Chaos. 2017. Vol. 27, no. 10. 1750160.
- Budyansky A.V., Frischmuth K., Tsybulin V.G. Cosymmetry approach and mathematical modeling of species coexistence in a heterogeneous habitat // Discrete & Continuous Dynamical Systems. 2019. Vol. 24. P. 547–561.
- Riaza R. Transcritical bifurcation without parameters in memristive circuit // SIAM J. Appl. Math. 2018. Vol. 78, no. 1. P. 395–417.
- Golubitsky M., Swift J., Knobloch E. Symmetries and pattern selection in Rayleigh–Benard convection // Physica D. 1984. Vol. 10. P. 249–276.
- Юдович В.И. Косимметрия, вырождение решений операторных уравнений, возникновение фильтрационной конвекции // Матем. заметки. 1991. Т. 49, вып. 5. С. 142—148.
- Yudovich V.I. Secondary cycle of equilibria in a system with cosymmetry, its creation by bifurcation and impossibility of symmetric treatment of it // Chaos. 1995. Vol. 5, no. 2. P. 402–411.
- Юдович В.И. О бифуркациях при возмущениях, нарушающих косимметрию // Докл. РАН. 2004. Т. 398, № 1. С. 57–61.
- Bratsun D.A., Lyubimov D.V., Roux B. Co-symmetry breakdown in problems of thermal convection in porous medium // Physica D. 1995. Vol. 82. P. 398–417.
- Govorukhin V.N., Shevchenko I.V. Multiple equilibria, bifurcations and selection scenarios in cosymmetric problem of thermal convection in porous medium // Physica D. 2017. Vol. 361. P. 2–58.
- Liebscher S., Harterich J., Webster K., Georgi M. Ancient dynamics in Bianchi models: Approach to periodic cycles // Commun. Math. Phys. 2011. Vol. 305. P. 59–83.
- Frischmuth K., Kovaleva E.S., Tsybulin V.G. Family of equilibria in a population kinetics model and its collapse // Nonlinear Analysis: Real World Applic. 2011. Vol. 12. P. 146–155.
- Korneev I.A., Vadivasova T.E., Semenov V.V. Hard and soft excitation of oscillations in memristorbased oscillators with a line of equilibria // Nonlinear Dynamics. 2017. Vol. 89. P. 2829–2843.
- Nonlinear Dynamical Systems with Self-Excited and Hidden Attractors. Eds V.H. Pham, S. Vaidyanathan, C. Volos, T. Kapitaniak. Springer, New York, 2018.
- Govorukhin V.N., Tsybulin V.G., Karasozen B. Dynamics of numerical methods for cosymmetric ordinary differential equations // Int. J. Bifurcation and Chaos. 2001. Vol. 11. P. 2339–2357.
- Kurakin L.G., Yudovich V.I. Bifurcations accompanying monotonic instability of an equilibrium of a cosymmetric dynamical system // Chaos. 2000 Vol. 10. P. 311–330.
- Юдович В.И. О бифуркации рождения цикла из семейства равновесий динамической системы и ее затягивание // Прикладная математика и механика. 1998. Т. 62, вып. 1. С. 22–34.
- Karasozen B., Tsybulin V.G. Destruction of the family of steady states in the planar problem of Darcy convection // Physics Letters A. 2008. Vol. 372. P. 5639–5643.
- Говорухин В.Н. О воздействии внутренних источников тепла на конвективные движения в пористой среде, подогреваемой снизу // Прикладная механика и техническая физика. 2014. Т. 55, № 2 (324). С. 43–52.
- Tsybulin V.G., Karasozen B., Ergenc T. Selection of steady states in planar Darcy convection // Physics Letters A. 2006. Vol. 356. P. 189–194.
- Говорухин В.Н., Шевченко И.В. Селекция стационарных режимов однопараметрического семейства в задаче плоской фильтрационной конвекции // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2013. № 4. С. 117–127.
- Hairer E., Lubich C., Wanner G. Geometric Numerical Integration: Structure-Preserving Algorithms for Ordinary Differential Equations. Springer, 2006.
- 2227 просмотров