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螺旋波是可激媒质、振荡媒质以及双稳系统中普遍存在的一种非平衡斑图形式,它是非线性科学中有关时空结构与演化的一个典型研究对象,在许多实际系统中都能观察到它的存在,它涉及到物理、力学、数学、医学、生物、天文以及化学等众多学科,有着重要的理论意义与实际应用价值。外力作用下的螺旋波动力学行为是螺旋波研究的一个重要方向,本论文主要研究以螺旋波作为外力驱动时受驱系统的动力学行为,主要工作有以下三部分:
第一部分:研究复杂外力直接驱动下受驱系统的动力学行为(这部分工作集中在论文的第2章)。驱动强度的增大会导致受驱系统的动力学行为沿“不激发—时空湍流态—完整可激波”的顺序改变;我们也发现在支持完整驱动波的驱动强度范围内完整可激波的形式依赖于受驱与驱动系统的可激性参数,它可以是多臂螺旋波形式、激发态区域比驱动波宽许多的单臂螺旋波形式,也可以是激发态区域与驱动波具有相当宽度的单臂螺旋波形式;利用可激媒质的特性以及直接驱动项的作用,我们分析了多臂螺旋波的产生机制以及稳定性条件;论文也讨论了受驱波与驱动波的同步行为,定义了描述其相似程度的物理量来刻画它们的相似程度,发现在支持完整驱动波的驱动强度范围内驱动强度越小相似性越高,这与直觉结果相反,对不同驱动强度、可激性参数下受驱螺旋波波头动力学行为的研究也证明了此规律;我们也对上述结果作了合理的解释。
第二部分:研究复杂外力差值驱动下受驱系统的动力学行为(这部分工作集中在论文的第3章第2,3节)。此模型也可以看作是单向耦合的双层系统,在此方案下受驱系统不激发对应的上限驱动强度值要远高于直接驱动方案,另一个重要的特征是受驱系统中的完整波形式仅为单臂螺旋波,而且其激发态的宽度与驱动波几乎相同,不存在多臂螺旋波解,这可以从螺旋波的结构、性质与差值驱动的同步化作用来解释;受驱波与驱动相似性随驱动强度变化的量化描述显示驱动强度越大受驱波越接近驱动波,这与双向耦合双层系统中的动力学行为是定性一致的;这部分也研究了驱动强度、受驱与驱动系统可激性参数对受驱螺旋波波头动力学行为的影响。
第三部分:在两种方案下,对受驱系统进行线性稳定分析,给出各自的特征方程与特征根,从这个角度尝试对一些结果进行讨论(论文的第3章第4节)