Вообще следует различать два типа резонансов – линейные и нелинейные. С физической точки зрения они определяются тем, совпадает ли внешняя сила с собственной частотой системы (линейный и нелинейный резонанс соответственно). Колебательные моды могут взаимодействовать в резонансном взаимодействии , когда сохраняются как энергия, так и импульс взаимодействующих мод. Сохранение энергии подразумевает, что сумма частот мод должна быть равна нулю:
с, возможно, разными собственными частотами линейной части некоторого нелинейного уравнения в частных производных . – волновой вектор, связанный с модой; целочисленные индексы являются индексами гармоник Фурье – или собственных мод – см. ряд Фурье . Соответственно, условие частотного резонанса эквивалентно диофантовому уравнению со многими неизвестными. Проблема поиска их решений эквивалентна десятой проблеме Гильберта, которая оказывается алгоритмически неразрешимой.
Основными понятиями и результатами теории нелинейных резонансов являются: [1]
Использование дисперсионных соотношений , встречающихся в различных физических приложениях, позволяет находить решения условия частотного резонанса.
Совокупность резонансов при заданной дисперсионной функции и виде условий резонанса разбивается на непересекающиеся резонансные кластеры; динамику каждого кластера можно изучать независимо (в соответствующий временной масштаб). Их часто называют «связанными волнами», которые не могут взаимодействовать, в отличие от «свободных волн», которые могут. Известным примером является солитон уравнения КдВ : солитоны могут перемещаться друг через друга, не взаимодействуя. При разложении на собственные моды более высокочастотные моды солитона не взаимодействуют (не удовлетворяют уравнениям резонансного взаимодействия ), они «привязаны» к основной. [2]
Каждую совокупность связанных мод (резонансный кластер) можно представить своей NR-диаграммой, которая представляет собой плоский граф специальной структуры. Такое представление позволяет однозначно восстановить 3а) динамическую систему , описывающую нестационарное поведение кластера, и 3б) совокупность его полиномиальных законов сохранения; это обобщение констант движения Мэнли–Роу для простейших кластеров ( триад и квартетов).
Динамические системы, описывающие некоторые типы кластеров, могут быть решены аналитически; это точно решаемые модели .
Эти теоретические результаты могут быть непосредственно использованы для описания реальных физических явлений (например, внутрисезонных колебаний в атмосфере Земли) или различных волновых турбулентных режимов в теории волновой турбулентности . Еще много примеров приведено в статье о резонансных взаимодействиях .
Нелинейный резонансный сдвиг
Эффект складывания
Нелинейные эффекты могут существенно изменить форму резонансных кривых гармонических осцилляторов . Прежде всего, резонансная частота смещается от своего «естественного» значения по формуле
где – амплитуда колебаний, – константа, определяемая ангармоническими коэффициентами. Во-вторых, искажается форма резонансной кривой ( фолдовер-эффект ). Когда амплитуда (синусоидальной) внешней силы достигает критического значения, появляются неустойчивости. Критическое значение определяется формулой
где – масса осциллятора, – коэффициент затухания. Кроме того, возникают новые резонансы, в которых колебания с частотой, близкой к, возбуждаются внешней силой с частотой, совершенно отличной от
Нелинейные функции частотной характеристики
Обобщенные функции частотной характеристики и нелинейные функции выходной частотной характеристики [3] позволяют пользователю принципиально изучать сложное нелинейное поведение в частотной области. Эти функции выявляют резонансные гребни, гармоники , интермодуляцию и эффекты переноса энергии таким образом, что пользователь может связать эти термины из сложных нелинейных моделей с дискретным и непрерывным временем в частотную область и наоборот.
^ Карташова, Е. (2010), Нелинейный резонансный анализ , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-76360-8
^ Янссен, PAEM (2009). «О некоторых следствиях канонического преобразования в гамильтоновой теории волн на воде». Дж. Гидромеханика . 637 : 1–44. Бибкод : 2009JFM...637....1J. дои : 10.1017/S0022112009008131. S2CID 122752276.
^ Биллингс С.А. «Идентификация нелинейных систем: методы NARMAX во временной, частотной и пространственно-временной областях». Уайли, 2013 г.