含显式分数阶阻尼项的分数阶振子对外力响应的三参数解析研究
《Mathematics》:Fractional Oscillators with Fractional Damping in the Presence of External Forces
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时间:2026年10月25日
来源:Mathematics 2.3
摘要
我们研究了当动力学定律中包含显式分数阶阻尼项时,分数阶振子对外力的响应。我们证明了对应的三参数分数阶微分方程(在Caputo意义下)存在一个形式解。其中两个分数阶参数与源于振子分数阶本质的固有耗散机制相关,第三个分数阶参数则描述了振子被外力驱动时所面对的阻尼项。在不存在分数阶阻尼的情况下,二参数分数阶动力学定律可以与粘弹性材料的牛顿—斯科特—布莱尔模型相联系,其中位置和外力分别对应于材料的应变和应力。一般而言,外力的拉普拉斯变换定义了该三参数解的轮廓;具体例子包括无外力情形,以及恒定、正弦和阶跃外力情形。当三个分数阶参数趋同于同一数值时,观察到在恒定驱动力的作用下,系统经历暂态期后到达一个固定位置;而在正弦驱动力的作用下,系统表现出持续的振荡行为。这些结果表明,外部驱动力对分数阶阻尼振子的长期行为具有显著影响。
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