شماره ركورد
34281
پديد آورنده
پوريا حيدري
عنوان
بررسي خوش رفتاري و تحليل ديناميكي معادله ديفرانسيل معمولي غيرخطي: بينشي به مدل دافينگ
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
رياضيات و كاربردها-آناليز
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/09/18
استاد راهنما
محمدباقر قائمي
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
رياضي
چكيده
در اين پاياننامه به مطالعه رفتار ديناميكي و ساختار انشعابي يك سيستم نوساني غيرخطي از نوع معادله دافينگ پرداخته ميشود. معادله دافينگ بهعنوان يكي از مدلهاي پايه در نظريه سيستم هاي ديناميكي، توانايي مناسبي در توصيف بسياري از پديدههاي فيزيكي و مهندسي همچون نوسانگرهاي مكانيكي، پلها، تيرهاي الاستيك و مدارهاي الكتريكي غيرخطي دارد. در گام نخست، با استفاده از قضيه نقطه ثابت باناخ و قضيه پيكارد-لندلوف، شرايط كافي براي وجود و يكتايي جواب موضعي و سراسري بهدست ميآيد. اين نتايج نشان ميدهد كه معادله دافينگ تحت فروض مناسبي بر ضرايب و نيروي محرك، از ديدگاه وجود و يكتايي، سيستمي خوشرفتار است. سپس پايداري هايرز-اولام و هايرز-اولام-راسياس براي معادلات ديفرانسيل مرتبه دوم، از جمله معادله دافينگ، مطالعه ميشود و بعد از آن پايداري لياپانوف معادله دافينگ به همراه شبيه سازي عددي آن مورد بررسي قرار ميگيرد. در ادامه، ابتدا دستگاه بدون اختلال مورد بررسي قرار گرفته و با تحليل نقاط تعادل، انواع پايداري آنها و وجود مدارهاي هموكلينيك و هتروكلينيك بهكمك ابزارهاي كيفي مانند صفحه فازي و منيفلدهاي پايدار و ناپايدار مطالعه ميشود. سپس اثر وارد كردن اختلالات كوچك و نيروهاي تناوبي بر سيستم بررسي شده و بهمنظور تحليل دقيقتر انشعابهاي هموكلينيك و هتروكلينيك، از روش ملنيكوف و سيستم ميانگينگيريشده مرتبه اول و دوم استفاده ميگردد. اين روشها شرايط لازم براي وقوع انشعابهاي گوناگون از جمله ظهور مدارهاي تناوبي جديد، دوبرابر شدن دوره، و بروز رفتار آشوبگونه را مشخص ميكنند. در ادامه، با بهرهگيري از نگاشت پوانكاره، نمودارهاي انشعاب و شبيهسازيهاي عددي، نتايج تحليلي بهصورت عددي تأييد شده و تغييرات كيفي جوابها در نواحي مختلف فضاي پارامتري تبيين ميگردد. در پايان، ضمن اشاره به برخي كاربردهاي معادله دافينگ در مدلسازي سيستم هاي واقعي، نقش انشعابهاي هموكلينيك و هتروكلينيك در ايجاد گذار از رفتار منظم به آشوب و اهميت آن در فهم و كنترل سيستم هاي غيرخطي مورد تأكيد قرار ميگيرد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/10/07
عنوان به انگليسي
Investigation of Well-posedness and Dynamic Analysis of Nonlinear Ordinary Differential Equation: insights from Duffing model
تاريخ بهره برداري
12/9/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
پوريا حيدري
چكيده به لاتين
In this thesis, we investigate the dynamical behavior and bifurcation structure of a nonlinear oscillatory system of Duffing type. The Duffing equation, as one of the fundamental models in the theory of dynamical systems, has a strong capability to describe many physical and engineering phenomena such as mechanical oscillators, bridges, elastic beams, and nonlinear electrical circuits. First, by applying the Banach fixed point theorem and the Picard–Lindelöf theorem, we derive sufficient conditions for the existence and uniqueness of local and global solutions. These results show that, under suitable assumptions on the coefficients and the forcing term, the Duffing equation is a well-posed system from the viewpoint of existence and uniqueness. Next, we study Hyers–Ulam and Hyers–Ulam–Rassias stability for second-order differential equations, including the Duffing equation, and then investigate the Lyapunov stability of the Duffing equation together with its numerical simulations. Subsequently, we first consider the unperturbed system and, by analyzing its equilibrium points, their types of stability, and the existence of homoclinic and heteroclinic orbits, we employ qualitative tools such as phase portraits and stable and unstable manifolds. We then examine the effect of introducing small perturbations and periodic forcing into the system and, in order to obtain a more precise analysis of homoclinic and heteroclinic bifurcations, we make use of the Melnikov method and the first- and second-order averaged systems. These approaches provide conditions for the occurrence of various bifurcations, including the emergence of new periodic orbits, period-doubling, and the onset of chaotic behavior. Furthermore, by means of the Poincaré map, bifurcation diagrams, and numerical simulations, the analytical results are validated and the qualitative changes of the solutions in different regions of the parameter space are described. Finally, while pointing to several applications of the Duffing equation in the modeling of real systems, we emphasize the role of homoclinic and heteroclinic bifurcations in the transition from regular to chaotic behavior and their importance for understanding and controlling nonlinear systems
كليدواژه هاي فارسي
معادله دافينگ , وجود و يكتايي , پايداري هايرز-اولام-راسياس , پايداري لياپانوف , انشعاب , تابع ملنيكوف , آشوب
كليدواژه هاي لاتين
Duffing equation , existence and uniqueness , Hyers–Ulam–Rassias stability , , Lyapunov stability , bifurcation , Melnikov function , chaos
Author
Pouria Heydari
SuperVisor
Mohammad Bagher Ghaemi