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颗粒物质在竖直振动激励下会表现出多种集体行为,如颗粒混合物的振动分离(巴西果效应)、对流运动、表面驻波、“三明治”现象等。当对颗粒体系施加周期性振动时,如果振动强度超过某一临界值时,体系对振动的响应不再是线性的,而是出现运动的倍周期分岔。研究发现,倍周期运动主要受约化振动加速度控制,同时空气在颗粒物质动态行为中的作用也是不可忽略的,但由于其作用的复杂性,使得空气影响倍周期运动的物理机制仍未清楚。 本文通过在真空容器、实底容器以及镂空底容器中,研究空气阻力对受振颗粒体系倍周期分岔过程的影响,分析空气阻力与颗粒尺寸的关系,澄清空气阻力影响倍周期分岔的物理机制。 在实底容器中,随着约化加速度的增加,颗粒体系可以表现出二倍周期、四倍周期、混沌、三倍周期、六倍周期、混沌、四倍周期、八倍周期、混沌等一系列的分岔运动。换用更小尺寸的颗粒,阻力变大,倍周期分岔点数值增大,并且体系的高阶倍周期逐渐消失。这里存在着尺寸的临界值,尺寸大于此临界值,空气的作用不明显;尺寸小于临界值时,空气的作用加强,倍周期分岔过程受到影响。在尺寸足够小时,体系的运动甚至仅能出现二倍周期与四倍周期分岔。使用真空容器,空气的影响被排除,尺寸不同带来的倍周期分岔序列差别消失,所有尺寸的颗粒体系分岔过程均与大颗粒的分岔过程一样。 在完全非弹性蹦球模型基础上,加入空气阻力项,模拟不同尺寸颗粒的倍周期运动,能够获得实验上观察到的分岔运动轨迹,计算得到的倍周期分岔过程与实验符合较好。