We investigate the dynamics of two coupled Duffing oscillators with attached pendulums forced kinematically by a common signal. Our attention is focused on different kinds of synchronization which can appear in the considered system. Different types of coupling (spring, damper and spring and damper simultaneously) are taken into account. We show in a two-parameters space (amplitude and frequency of excitation) existence of complete and phase synchronization and asynchronous ranges.
We consider the synchronization of two self-excited pendulums with different masses. We show that such pendulums hanging on the same beam can show almost-complete (in-phase) and almost-antiphase synchronizations in which the difference of the pendulums displacements is small. Our approximate analytical analysis allows one to derive the synchronization conditions and explains the observed types of synchronizations as well as gives an approximate formula for amplitudes of both the pendulums and the phase shift between them. We consider the energy balance in the system and show how the energy is transferred between the pendulums via the oscillating beam allowing synchronization of the pendulums.
PL
Artykuł prezentuje analizę zjawiska synchronizacji dwóch wahadeł samowzbudnych o różnych masach. Pokazano, że jeśli takie wahadła zostaną zawieszone na wspólnej, ruchomej podstawie, zachodzi zjawisko ich (prawie) zupełnej lub (prawie) antyfazowej synchronizacji. Analiza bilansu energetycznego układu pozwala na określenie parametrów układu w stanie synchronizacji (amplitudy drgań i przesunięcia fazowe). Analiza bilansu energetycznego wyjaśnia także mechanizm synchronizowania się ruchu wahadeł: stały przepływ strumienia energii od jednego wahadła, via wspólna ruchoma podstawa, do drugiego wahadła powoduje, że ruch układu jest okresowy, a przesunięcia fazowe pomiędzy wahadłami przyjmują stałe, charakterystyczne wartości.
In this paper, the behaviour of a system of coupled mechanical oscillators excited kinematically was studied numerically. Several methods of detection of synchronization were shown and advantages of each were mentioned. The relation between Lyapunov exponents and the synchronization state under different kinds of the excitation signal (harmonic, periodic and chaotic ones) was presented. It was demonstrated that the mode locking with excitation was dependent only on inner damping and completely uncorrelated with the connection between oscillators.
PL
W artykule pokazano numeryczną analizę dynamiki sprzężonych oscylatorów mechanicznych wymuszonych kinematycznie. Przedstawiono przegląd najważniejszych metod detekcji synchronizacji, zwracając szczególną uwagę na ich własności. Następnie opisano powiązania między widmem wykładników Lapunowa, a różnymi typami synchronizacji. Zbadano odpowiedź układu dla różnych typów sygnału wymuszającego (harmonicznego, okresowego i chaotycznego). Udowodniono, że zamykanie modów pomiędzy sygnałem oscylatora a wymuszeniem zależne jest tylko od tłumienia wewnętrznego oscylatorów, natomiast jest niezależne od sprzężeń pomiędzy nimi.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
We consider the dynamics of externally excited chaotic oscillators suspended on the elastic structure. We show that for the given conditions of oscillations of the structure, initially uncorrelated chaotic oscillators become periodic and synchronous. In the periodic regime we observed synchronized clusters and multistability as different attractors coexist.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Complete synchronization of coupled chaotic systems is usually a primary and crucial issue. Coupling in mechanical systems introduces mutual perturbation of their dynamics. In case of identical systems such perturbation can lead to the synchronization. We can predict the synchronization threshold of such systems using a concept called Master Stability Function (MSF). As a tool of MSF we use transverse Lyapunov exponents, which characterize the stability of synchronization state. We show areas of synchronization in coupling parameters space in typical nonlinear systems: Duffing and Duffing - Van der Pol oscillators.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.