寄蠅

上海交通大學(xué)

博士后學(xué)位論文

奧米亞寄生蠅聽覺定位機(jī)理及其動力學(xué)特性研究

姓名：塔娜

申請學(xué)位級別：博士后

專業(yè)：機(jī)械設(shè)計及理論

指導(dǎo)教師：饒柱石

20070501

２０盯．０５１３０

奧米亞寄生蠅聽覺定位機(jī)理及其動力學(xué)特性研究

摘要

奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)尺寸微小，這與一般生物利用聲音信號到達(dá)雙耳的聲程差實現(xiàn)

聲音定位所需要的尺度嚴(yán)重失配，但卻具有構(gòu)造獨(dú)特的聲感應(yīng)系統(tǒng)一種在聲激勵到達(dá)聽

覺接受細(xì)胞之前先對這種微小差異進(jìn)行放大的有效機(jī)制，使它能對對外界聲源作出準(zhǔn)確的

判斷．受其啟示，通過研究奧米亞寄生蠅聽覺定位系統(tǒng)的定位機(jī)理，對其具有獨(dú)特功能的

器官系統(tǒng)的構(gòu)造進(jìn)行模仿，有助于新一代高精度仿生學(xué)產(chǎn)品如助聽器、麥克風(fēng)、衛(wèi)星仿生

聲納的研發(fā)和應(yīng)用．因此，開展對奧米亞寄生蠅聽覺定位系統(tǒng)的研究具有重要的實際意義．

本文詳細(xì)地分析了國內(nèi)外對奧米亞寄生蠅聲感應(yīng)定位系統(tǒng)研究的歷史和現(xiàn)狀，結(jié)合解剖學(xué)

和生理學(xué)研究基礎(chǔ)．建立了反映寄生蠅聽覺定位機(jī)理的非線性動力學(xué)方程，采用理論結(jié)合

仿真分析的手法對不同外激勵條件下的強(qiáng)度差及時間延遲進(jìn)行了詳細(xì)的分析．在此基礎(chǔ)上，

給出系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響及其動力學(xué)特性。最后，建立了實驗室理論模型，研

究了該模型系統(tǒng)的振動特性和對不同的頻率和方向的入射聲激勵下的響應(yīng)，為建立實驗室

仿生模型打下理論基礎(chǔ)．具體研究有以下幾點：

一、首先介紹本文研究的意義明確需要解決的問題，確立本論文的研究內(nèi)容．接著回

顧和分析了生物力學(xué)、仿生學(xué)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，詳細(xì)討論了非線性動力學(xué)的研究現(xiàn)

狀和方法．

二、介紹寄生蠅聽覺系統(tǒng)的生物學(xué)特性。對寄生蠅聽覺系統(tǒng)解削學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行詳細(xì)

地討論，與非奧米亞寄生蠅的聽覺系統(tǒng)進(jìn)行了對比，指出了奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)在解剖

學(xué)結(jié)構(gòu)上的四個顯著特點及其他特征ｉ介紹奧米亞寄生蠅聲感應(yīng)系統(tǒng)的生物力學(xué)性狀，找

到了聽覺最敏感區(qū)及對聽覺系統(tǒng)有影響的器官。為后面章節(jié)的研究提供理論依據(jù)．

三、在對寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，建立了描述其聲

定位機(jī)理的非線性模型，作出了傳遞函數(shù)，研究了激勵頻率和角度對模型同側(cè)、對側(cè)強(qiáng)度

差和時間延遲的影響，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比．

四、研究寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型的動力學(xué)特性．首先，通過將方程進(jìn)行無量綱化，研究

模型在時域和頻域的振動規(guī)律及系統(tǒng)參數(shù)對振動特性的影響；分析系統(tǒng)在激勵頻率和激勵

力幅影響下的穩(wěn)定性，給出系統(tǒng)在穩(wěn)定性不同區(qū)域的龐加萊截面和相軌跡圖．

五、基于聽覺系統(tǒng)定位機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出用于實驗室研究的膜結(jié)構(gòu)理論實驗?zāi)?/p>

型，分析此模型耳膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)之間的耦合形式以及兩者間的相互作用，對不同的頻

率和方向的入射聲激勵下的響應(yīng)作出分析，為將來要進(jìn)行的實驗室模型研究做理論鋪墊。

關(guān)鍵詞：聲定位機(jī)理；奧米亞寄生蠅：鼓膜膜間橋；時間延遲；響應(yīng)差；非線性動力學(xué)；

倍周期分岔；混沌

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室－Ｉ－

博士后出螈ｔｔｔ－

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１．

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２．Ｔｈｅｓｐ∞ｉａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐａｒａｓｉｔｏｉｄｆｌｙ

ｉｎｂｉｏｌｏｇｙｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅａｎａｔｏｍｉｃａｌ

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ｒｅｌａｔｅｄ，ｎｏｎ－ｏｒｍｉｉｉｎｅ，ｔｓｃｈｉｎｉｄｐａｒａｓｉｔｏｉｄｆｌｙＭｙｉｏｐｈａｍｓ

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３．Ｏｎｔｈｅ

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ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ

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－ＩＩ－上海交通大擘振動．沖擊．噪聲國家重點實驗室

Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ

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４．Ｄｙｎａｍｉｃ８

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Ｋｅｙｗｏｒｄｇ：Ｓｏｕｎｄ￥ＯＵｌ＇Ｐ∞ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｐａｒａｓｉｔｏｉｄｆｌｙ

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ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ；Ｃｈａｏｓ

第一幸緒論

１．１課題研究的背景

第．一章緒論

跨入２ｌ世紀(jì)，進(jìn)入了加快推進(jìn)現(xiàn)代化和積極參予經(jīng)濟(jì)全球化的新時期，將迎來實現(xiàn)跨

越式發(fā)展的歷史機(jī)遇，也將面臨嚴(yán)峻的全球性競爭和挑戰(zhàn)．目前我國已經(jīng)在高速寬帶網(wǎng)、

高性能計算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、大型應(yīng)用軟件、生物芯片、生物技術(shù)、特種功能材料、

高性能結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展．２００３年上半年我國高新技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)出口總

額達(dá)９５０億美元，其中出口達(dá)４４０億美元，比２００２年增長了５０．８％．顯示出高新技術(shù)產(chǎn)

業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁勢頭．在高新技術(shù)產(chǎn)品中，特別引人注目的是我國當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)

業(yè)化１４１個重點領(lǐng)域，將近有３０個領(lǐng)域和仿生學(xué)有關(guān)，這些項目的實施將為我國國民經(jīng)濟(jì)

的騰飛和持續(xù)發(fā)展提供有力的保障．２１世紀(jì)的生物力學(xué)研究也將在軍事領(lǐng)域展開空前的競

爭．２０世紀(jì)末，各種先進(jìn)微型制造技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)等為軍事裝備領(lǐng)域的發(fā)展奠定了扎實

的基礎(chǔ)．

動物感觀的仿生研究一直是比較活躍的領(lǐng)域．依據(jù)動物的某項特殊功能研制成功的模

型已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域．比如模擬生物嗅覺器官制成的電子鼻模型使自動分析儀器更靈

敏、快速和小型化．在研究蒼蠅嗅覺器官的生物生物化學(xué)本性和化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)成電脈沖的方

式之后，已仿制出十分靈敏的小型分析儀．依據(jù)狗鼻子研究出的電子警犬可以用于苯、染

料、漆、瓦斯等氣味的監(jiān)測而且靈敏度相當(dāng)高．

人們關(guān)于動物特別是哺乳動物聽覺定向系統(tǒng)的研究已有很長的歷史并掌握和積累了大

量的知識，已經(jīng)開發(fā)出很多仿生產(chǎn)品．然而，對于那些具有特殊聽覺結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的小型動物

而盲，雖然在其生理學(xué)、解剖學(xué)方面的研究已相對完善，但對其聽覺系統(tǒng)方面的更為深入

的研究，由于其本身的難度和復(fù)雜性，目前尚處于起步階段，所掌握的知識極為有限．

本項目正是基于此，研究一種對聲激勵響應(yīng)差具有特殊放大作用的寄生蠅聽覺系統(tǒng)【”．

對于體型很小又需要對聲源進(jìn)行定位的奧米亞寄生蠅來說，由于他們的耳間距離非常小，

通常很難明顯感覺出聲音到達(dá)兩耳時的差異．對于這類動物，人們發(fā)現(xiàn)他們的每只耳朵實

際上是受到了來自身體兩側(cè)的聲壓的共同作用．這種相互作用產(chǎn)生的凈壓將導(dǎo)致離聲源較

遠(yuǎn)的（或稱對側(cè)的，ｃｏｎｔｒａｌａｔｅｒａｌ）那只耳朵產(chǎn)生較小的反應(yīng)。而離聲源較近的（或稱同

側(cè)的，ｉｐｓｉｌａｔｅｒａｌ）那只耳朵產(chǎn)生較大的反應(yīng)【２－”．此外，這種相互作用還能夠增加耳聞

有效距離，從而延長了聲音到達(dá)兩耳時的時間差。

本課題綜合運(yùn)用現(xiàn)代分析理論和方法并借助于先進(jìn)的實驗測試分析手段，通過系統(tǒng)深

入的研究，全面揭示寄生蠅微型聲感應(yīng)系統(tǒng)的定向機(jī)制，對該系統(tǒng)的機(jī)械動力學(xué)與仿生學(xué)

問題作進(jìn)一步深入的探討．本項目的研究涉及到解剖學(xué)、生物力學(xué)、仿生學(xué)、聲學(xué)及非線

性動力學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域，因此本章首先介紹生物力學(xué)、仿生學(xué)的概念，對其發(fā)展歷程和

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動固家重點實驗室一１一

｛．士后ｔｌ：ｇ，＂ｔ－ｔ－

研究現(xiàn)狀進(jìn)行簡單的介紹，進(jìn)而對非線性動力學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)狀以及本論文主要的研究內(nèi)容

作了詳細(xì)說明．

１．２生物力學(xué)及其研究意義

１．２．１生物力學(xué)理論的誕生

在科學(xué)的發(fā)展過程中，生物學(xué)和力學(xué)相互促進(jìn)和發(fā)展著．哈維在１６１５年根據(jù)流體力學(xué)

中的連續(xù)性原理，按邏輯推斷了血液循環(huán)的存在，并由馬爾皮基于１６６１年發(fā)現(xiàn)蛙肺微血管

而得到證實｛材料力學(xué)中著名的揚(yáng)氏模量是為建立聲帶發(fā)音的彈性力學(xué)理論而提出的；流

體力學(xué)中描述直圓管層流運(yùn)動的泊松定理，其實驗基礎(chǔ)是狗主動脈血壓的測量；黑爾斯測

量了馬的動脈血壓，為尋求血壓和失血的關(guān)系，在血液流動中引進(jìn)了外周阻力的概念，同

時指出該阻力主要來自組織中的微血管；弗蘭克提出了心臟的流體力學(xué)理論；篪塔林提出

了物質(zhì)透過膜的傳輸定律；克羅格由于對微循環(huán)力學(xué)的貢獻(xiàn)，希爾由于肌肉力學(xué)的貢獻(xiàn)而

先后（１９２０，１９２２）獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎．到了２０世紀(jì)６０年代，生物力學(xué)成為一門完整、

獨(dú)立的學(xué)科．

生物力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)原理和方法對生物體中的力學(xué)問題定量研究的生物物理學(xué)分支．

其研究范圍從生物整體到系統(tǒng)、器官（包括血液、體液、臟器、骨骼等），從鳥飛、魚游、鞭

毛和纖毛運(yùn)動到植物體液的輸運(yùn)等．

生物力學(xué)的基礎(chǔ)是能量守恒、動量定律、質(zhì)量守恒三定律并加上描寫物性的本構(gòu)方程．

生物力學(xué)研究的重點是與生理學(xué)、醫(yī)學(xué)有關(guān)的力學(xué)問題．依研究對象的不同可分為生物流

體力學(xué)、生物固體力學(xué)和運(yùn)動生物力學(xué)等．

１．２．２生物力學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)狀

生物力學(xué)的發(fā)展，９２０ｔ世紀(jì)６０年代開始到今天，已有將近５０年的歷史．作為一門新型

的交叉學(xué)科，在這短短的５０年中，生物力學(xué)作出了很多優(yōu)異的成果．伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)

的飛速發(fā)展，生物力學(xué)正進(jìn)入新的研究階段，一是生物材料的宏觀力學(xué)性能研究，另一個

是組成生物材料的微觀細(xì)胞力學(xué)性能研究１４…．

生物材料宏觀力學(xué)性能研究的歷史可分為兩個階段，初期階段是以連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的觀

點。采用實驗手段力圖準(zhǔn)確描述生物材料的力學(xué)性質(zhì)，例如血管、骨骼、皮膚以及血液等

Ｏｓ－ｓ０１．在人們進(jìn)行了多方面的實驗研究和模型研究后，發(fā)現(xiàn)了生物材料的生長與狀態(tài)有關(guān)

折椅規(guī)律，并將其應(yīng)用到骨斷裂愈合，產(chǎn)生了骨夾板手術(shù)愈合的新辦法【４１；將其應(yīng)用到皮

膚擴(kuò)張過程控制，使產(chǎn)生新皮瓣的過程時間大大縮短。第二階段使從８０年代開始，馮元楨

Ｉｓ０４１】教授等人發(fā)現(xiàn)了血管壁殘余應(yīng)力。當(dāng)動脈血管段離體處于無載荷自然狀態(tài)時，將其沿

徑向剪開，動脈壁會自然張成一段圓弧狀，這說明動脈血管離體處于無載荷自然狀態(tài)材料

內(nèi)部存有應(yīng)力，稱這個應(yīng)力為殘余應(yīng)力。人們在對這一現(xiàn)象進(jìn)行大量煙具后，發(fā)現(xiàn)了兩個

重要結(jié)果，一是生物材料是在一定應(yīng)力狀態(tài)下形成：二是生物材料在一定的生化和生理狀

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第一幸廿論

態(tài)下可以改變其力學(xué)性能以適應(yīng)環(huán)境的需要．由此，馮元楨教授提出了重建原理，即將生

物材料由生化和生理改變而產(chǎn)生力學(xué)性能的再構(gòu)原理．

細(xì)胞層次的力學(xué)研究是從７０年代開始【５２】，在力學(xué)層次．Ｉ－可分為三個階段．

１．細(xì)胞膜或細(xì)胞結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題。在細(xì)胞生理學(xué)上紅細(xì)胞是生理功能最顯著、結(jié)

構(gòu)性態(tài)最簡單的細(xì)胞。研究紅細(xì)胞的力學(xué)性能，不但在生理學(xué)上而且在臨床上

都有十分重要的意義［ｓ２４９１．

２．細(xì)胞間的相互作用．這一問題的宏觀現(xiàn)象表現(xiàn)在紅細(xì)胞聚集和白細(xì)胞的特異性

黏附．初期階段的研究是宏觀聚集現(xiàn)象特征的評價研究嗍．第二階段的研究是

對細(xì)胞之間作用的現(xiàn)象微觀觀察研究州蚓．由于觀測尺度和生物化學(xué)因素，使

研究細(xì)胞問相互作用的物理機(jī)制非常復(fù)雜．一般的物理模型和力學(xué)理論在這一

尺度上很難解釋清楚，因此細(xì)胞問相互作用力學(xué)問題的研究正是細(xì)胞力學(xué)的熱

點課題之一．

３．可變形的細(xì)胞在液體流動中的變形、姿態(tài)及相互作用．這個問題的研究是建立

宏觀物理量和微觀性質(zhì)的理論橋梁［６３－７ｑ，特別是微小血管中，血液的流動已經(jīng)

不再是連續(xù)介質(zhì)尺度的模型了，應(yīng)采用二相流模型．這些課題的研究仍屬于細(xì)

胞層次的生物力學(xué)研究．

綜上所述，生物力學(xué)在２ｌ世紀(jì)的今天，正進(jìn)入一個新的研究階段．如果說生物力學(xué)的

堀起（６０年代到８０年代）是它的第一次高潮，那么，跨世紀(jì)之初，生物力學(xué)正處在第二

次高潮之中，向更深層次、更大范圍進(jìn)軍．其特點是由宏觀向微觀深入、宏觀和微觀相結(jié)

合、宏觀與微觀并進(jìn)；生物力學(xué)方法和生物化學(xué)方法相結(jié)合；生物力學(xué)更深入醫(yī)學(xué)，深入

于生物醫(yī)學(xué)工程的多個領(lǐng)域（如生物醫(yī)學(xué)材料），尤其是一些新生的前沿領(lǐng)域（如組織工程、

生物功能材料、生物芯片、新型生物傳感器等）．當(dāng)我們面對復(fù)雜的生命現(xiàn)象時，深深的感

到需要更好的工具來描述復(fù)雜的生命規(guī)律，這正是２ｌ世紀(jì)科學(xué)研究的重大任務(wù)之一．

１．３仿生學(xué)研究

仿生學(xué)是近期發(fā)展起來的生物學(xué)和技術(shù)學(xué)相結(jié)合的交叉學(xué)科．近年來，隨著科學(xué)技術(shù)

突飛猛進(jìn)的發(fā)展，該研究領(lǐng)域已不斷地涌現(xiàn)出一個又一個令世人震驚的成果。

１．３．１仿生學(xué)概述

地球是生命的搖籃。花草樹木，蟲魚鳥獸等２００多萬種形形色色的生物，組成一個生

機(jī)勃勃的世界。許多昆蟲和鳥類能在空中自由飛翔；成千上萬種魚類在河川、海洋中邀游．

人類在認(rèn)識、利用、改造生物的同時，發(fā)現(xiàn)一些關(guān)于植物和動物的相類似的功能，實際上

是超越了人類自身的在此方面的技術(shù)設(shè)計方案的。植物和動物在幾百萬年的自然進(jìn)化當(dāng)中

不僅完全適應(yīng)自然而且其程度接近完美。因此也不斷進(jìn)行著模仿生物的活動，模仿水生動

物的游泳技能，發(fā)明了艦船；模仿蟲鳥飛翔，不斷完善了飛機(jī)等飛行器。人類從不自覺到

自覺，從機(jī)械模仿、仿生類比到仿生學(xué)的建立，經(jīng)歷了漫長的歷史過程【『“。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－３－

博士后出站報告

本世紀(jì)５０年代，人們真正認(rèn)識到模仿生物系統(tǒng)是開發(fā)新技術(shù)的重要途徑之一．自覺地

把生物界作為技術(shù)思想、設(shè)計原理和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。科學(xué)家應(yīng)用化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)以及

高科技手段對生物系統(tǒng)開展深入研究，對生物體內(nèi)功能機(jī)理的了解逐步深化，應(yīng)用范圍日

益擴(kuò)大，由此，－－ｆｌ新的學(xué)科一仿生學(xué)誕生了刪．仿生學(xué)作為－Ｎ獨(dú)立的學(xué)科，于１９６０

年９月正式誕生。由美國空軍航空局在俄亥俄州的空軍基地戴通召開了第一次仿生學(xué)會議．

會議討論的中心議題是“分析生物系統(tǒng)所得到的概念能夠用到人工制造的信息加工系統(tǒng)的

設(shè)計上去嗎？”．斯蒂爾（ＪａｃｋＥｌｌｗｏｏｄＳｔｅｅｌｅ）博士根據(jù)拉丁文“ｂｉｏｓ”（生命方式的意

思）和字尾“ｎｉｃ”（“具有……的性質(zhì)”的意思）為新興的科學(xué)命名為。Ｂｉｏｎｉｃｓ”，希臘文

的意思代表著研究生命系統(tǒng)功能的科學(xué)．斯蒂爾把仿生學(xué)定義為“模仿生物系統(tǒng)的原理來

建造技術(shù)系統(tǒng)，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有或類似于生物特征的科學(xué)”．簡言之，仿生學(xué)就是

模仿生物的科學(xué)．確切地說，仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特質(zhì)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信

息控制等各種優(yōu)異的特征，并把它們應(yīng)用到技術(shù)系統(tǒng)，改善已有的技術(shù)工程設(shè)備，并創(chuàng)造

出新的工藝過程、建筑構(gòu)型、自動化裝置等技術(shù)系統(tǒng)的綜合性科學(xué)．科學(xué)家給仿生學(xué)下的

定義是：模仿生物系統(tǒng)的原理來建造技術(shù)系統(tǒng)，使人造技術(shù)系統(tǒng)具有生物系統(tǒng)特征或類似

特征的科學(xué)．

仿生學(xué)試圖在技術(shù)方面模仿動物和植物在自然中的功能．這個思想在生物學(xué)和技術(shù)之

間架起了一座橋梁，并且對解決技術(shù)難題提供了幫助．通過再現(xiàn)生物學(xué)的原理，人類不僅

找到了技術(shù)上的解決方案，而且同時該方案也完全適應(yīng)了自然的需要．

仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息控制等生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

和性質(zhì)以為工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科學(xué)，是一門應(yīng)用基礎(chǔ)和技術(shù)開發(fā)研

究相結(jié)合的學(xué)科１７．】．仿生學(xué)的目的就是通過分析生物過程和結(jié)構(gòu)以及它們的分析用于未來

的設(shè)計．仿生學(xué)基本任務(wù)是研究生物系統(tǒng)的優(yōu)異能力及產(chǎn)生原理。將其模式化，再運(yùn)用于

新技術(shù)設(shè)備的設(shè)計與制造，或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有類似生物系統(tǒng)的特征．仿生學(xué)的思想

是建立在自然進(jìn)化和共同進(jìn)化的基礎(chǔ)上的．人類所從事的技術(shù)就是使得達(dá)到最優(yōu)化和互相

間的協(xié)調(diào)．而模擬生物適應(yīng)環(huán)境的功能無疑是一個好機(jī)會．

仿生學(xué)在機(jī)電、航空航天等高科技領(lǐng)域，已獲得廣泛的應(yīng)用【７習(xí)．例如，昆蟲一般都有

觸角，不論白天黑夜，觸角一接觸物體，便能準(zhǔn)確判斷出是何物體，甚至還能感知物體的

形狀、硬度、氣味等．科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲的這種。特異功能”來源于其觸角的特殊結(jié)

構(gòu)——觸角的表面有許多孔，孔的底部布滿感覺器官，其細(xì)胞里貯藏著大量的餌料信息素、

氣味識別信息素以及警報信息素等．模仿這種結(jié)構(gòu)，科學(xué)家設(shè)計出了各種傳感器和測量儀

Ｆ‘…，廣泛應(yīng)用于機(jī)電、醫(yī)療、檢測等諸多領(lǐng)域。又如，飛機(jī)高速飛行時，機(jī)翼受氣流的

沖擊常發(fā)生顫振，從而導(dǎo)致機(jī)翼斷裂、機(jī)毀人亡。科學(xué)家從蜻蜒翅膀上的黑色翅痣（一種較

厚的角質(zhì)組織），想到了配重，于是“照葫蘆畫瓢”，給飛機(jī)機(jī)翼上裝了配重，從此，飛機(jī)

的此類事故大大減少【刪．再如，小小蒼蠅，能連續(xù)飛行幾小時不降落，飛行時速高達(dá)２０

公里．它不需要滑行，能沿與地面呈３０度的角度迅速起飛，可在空中急停、急轉(zhuǎn)彎，垂直

－４－上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第一幸緒論

上升、下降，著陸動作也很輕快．科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，原來在蒼蠅翅膀后面還有一對小的翅

膀——楫翅，它像船的槳和舵一樣既能控制飛行方向，又能控制身體平衡，既是導(dǎo)航儀，

又是平衡棒，航天科學(xué)家在楫翅的啟示下，制成了振動陀螺儀，用在飛機(jī)、火箭及空間飛

行器上，大大提高了自動控制系統(tǒng)的性能［８０，８１１。

蝙蝠晝伏夜出．在空中忽上忽下兜圈子，能陡然改交飛行方向，避開障礙物，又能捕

食正在飛行中的昆蟲．科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)它不是靠眼睛，而是靠嘴、喉和耳朵組成的回聲定

位系統(tǒng)。因為蝙蝠在飛行時發(fā)出超聲波．又能覺察出障礙物反射回來的超聲波．根據(jù)發(fā)出

超聲波到回收超聲波的時問，即可判斷出自己和障礙物間的距離，再依靠耳朵的定向作用，

就能準(zhǔn)確確定障礙物的方向和位置．蝙蝠的這種回聲定位系統(tǒng)正是雷達(dá)的雛形．科學(xué)家據(jù)

此設(shè)計出了現(xiàn)代的雷達(dá)—一種無線電定位和測距裝置［ａＴ．ｊ加．

現(xiàn)代仿生學(xué)研究重新獲得重視標(biāo)志著生物學(xué)研究從整體到組織器官再到細(xì)胞和分子

水平的研究在更高層面上深入到“形態(tài)和功能”水平，揭示更為復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，其有關(guān)

機(jī)理的闡明將被用于解決人類社會的重要問題。

１．３．２我國仿生學(xué)的發(fā)展

仿生學(xué)創(chuàng)立４０多年來，在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展．模仿動物的運(yùn)動、行為和功能設(shè)

計和制造產(chǎn)品，模仿植物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、成分和物理特性開發(fā)新材料等已取得許多重要研

究成果。并已廣泛應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域．

進(jìn)入２ｌ世紀(jì)前，各國都在發(fā)展仿生學(xué)這門交叉學(xué)科的基礎(chǔ)研究上做了長期的計劃準(zhǔn)

備．例如美國有一項長期的研究計劃，將優(yōu)先發(fā)展先進(jìn)制造（其中包括模擬與仿真、傳感

器、生物技術(shù)、微制造），先進(jìn)材科（材料合成、加工技術(shù)研究等）及先進(jìn)軍事裝備研究等

領(lǐng)域．德國的技術(shù)與研究部也在仿生材料生物傳感器等方面投入了大量的財力、人力．英

國政府也發(fā)表了運(yùn)用‘我們的潛力一科學(xué)、工程和技術(shù)戰(zhàn)略＇的科技白皮書．日本、俄羅

斯和韓國等國家也在先進(jìn)制造、材料和生物技術(shù)等領(lǐng)域開展基礎(chǔ)性研究．從這些科技計劃

發(fā)展中可以明顯看出各國都在仿生學(xué)領(lǐng)域開展著劇烈的競爭，以便在２ｌ世紀(jì)的世界市場上

占有主動地位。

跨入２ｌ世紀(jì)，我國進(jìn)入了加快推進(jìn)現(xiàn)代化和積極參與經(jīng)濟(jì)全球化的新時期。將迎來實

現(xiàn)跨越式發(fā)展的歷史機(jī)遇．我國在仿生學(xué)領(lǐng)域的研究一進(jìn)具備一定的基礎(chǔ)，在仿生結(jié)構(gòu)、

生物力學(xué)、仿生材料、仿生微結(jié)構(gòu)、仿生功能元件、仿生化學(xué)等方面都有一定進(jìn)展和研究

積累［ｓ４－ｓ７１．

近十年來，我國在仿生學(xué)領(lǐng)域的研究異常活躍，取得了突破性進(jìn)展和高水平的研究成

果１５ｅ－１惦！．有些成果已轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，并應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、信息業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事

等領(lǐng)域創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)［９４’ｉ０３，１蜘．２００３年下半年，香山科學(xué)會議三個月內(nèi)兩度聚焦

仿生學(xué)．與會專家認(rèn)為，我國仿生學(xué)的下一步發(fā)展應(yīng)把握２ｌ世紀(jì)國際仿生學(xué)的發(fā)展方向和

前沿，加強(qiáng)原始創(chuàng)新研究，尤其注重仿生學(xué)研究在我國優(yōu)先發(fā)展的１４１項高技術(shù)領(lǐng)域中的

應(yīng)用．仿生學(xué)研究已列入國家科技中長期發(fā)展規(guī)劃，國家科技部，國家自然基金委，教育

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動固術(shù)重點實驗室巧一

博士后出站報告

部等已將仿生學(xué)研究列入”十一五規(guī)劃”．為適應(yīng)仿生學(xué)研究的發(fā)展，專門從事仿生研究的

機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)組織如雨后春筍般地不斷建立起來：不少高校還設(shè)置了仿生學(xué)專業(yè)．有的還設(shè)

立了碩士、博士學(xué)位授予點，以加強(qiáng)仿生人才培養(yǎng)。中科院動物研究所近期成立了動物仿

生學(xué)研究小組，重點開展以昆蟲的獨(dú)特器官功能為目標(biāo)的仿生學(xué)研究項目，首選仿昆蟲嗅

覺系統(tǒng)研制生物傳感器作為主要研究方向，該傳感器研制計劃主要針對包括化學(xué)農(nóng)藥和神

經(jīng)毒劑在內(nèi)的環(huán)境中的有害化學(xué)物質(zhì)的檢測．

總之，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，我國科學(xué)家們必須重視從自然界的創(chuàng)新源泉中去獲取

屬于自己的新技術(shù)、新方法、新工藝和新理論，來加速我國在創(chuàng)新領(lǐng)域的競爭力．

１．３．３仿生學(xué)研究的內(nèi)容

仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以為工程技術(shù)提供新的設(shè)計思想及工作原理的科

學(xué)。仿生學(xué)的研究范圍主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。

力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組

成部分在體內(nèi)相對運(yùn)動和生物體在環(huán)境中運(yùn)動的動力學(xué)性質(zhì)ｆ船’””。例如。建筑上模仿貝

殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可

用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)【，町，把人工海豚皮包敷在

船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速；

分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大

分子或其類似物的分析和合成等眇一位’ｍ】．例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性激素的化

學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機(jī)化合物，在田問捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄

蟲：

能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等生

物體中的能量轉(zhuǎn)換過程Ｉｌ。ｏｊ；

信息與控制仿生，是研究與模擬感覺器官、神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級中樞的智能

活動等方面生物體中的信息處理過程［ｉ０４－ｉ叫。例如根據(jù)象鼻蟲視動反應(yīng)制成的“自相關(guān)測速

儀”可測定飛機(jī)著陸速度．根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)抑制網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強(qiáng)圖

像輪廓、提高反差、從而有助于模糊Ｈ標(biāo)檢測的一些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)ＩＯＯ種

以上ｆ‘¨Ⅲ】，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計算機(jī)。模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知

機(jī)”的機(jī)器，它可以通過訓(xùn)練，改變元件之聞聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實現(xiàn)模式識

別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運(yùn)動控制、動物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制

機(jī)制，以及人一機(jī)系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。

某些文獻(xiàn)中，把分子仿生與能量仿生的部分內(nèi)容稱為化學(xué)仿生，而把信息和控制仿生

的部分內(nèi)容稱為神經(jīng)仿生。

仿生學(xué)的范圍很廣，信息與控制仿生是一個主要領(lǐng)域．一方面由于自動化向智能控制

發(fā)展的需要，另一方面是由于生物科學(xué)已發(fā)展到這樣一個階段，使研究大腦已成為對神經(jīng)

科學(xué)最大的挑戰(zhàn)。人工智能和智能機(jī)器人研究的仿生學(xué)方面——生物模式識別的研究，大

腦學(xué)習(xí)記憶和思維過程的研究與模擬，生物體中控制的可靠性和協(xié)調(diào)問題等——是仿生學(xué)

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室

第一幸堵論

研究的主攻方面．控制與信息仿生和生物控制論關(guān)系密切。兩者都研究生物系統(tǒng)中的控制

和信息過程，都運(yùn)用生物系統(tǒng)的模型。但前者的目的主要是構(gòu)造實用人造硬件系統(tǒng)；而生

物控制論則從控制論的一般原理，從技術(shù)科學(xué)的理論出發(fā)，為生物行為尋求解釋。

最廣泛地運(yùn)用類比、模擬和模型方法是仿生學(xué)研究方法的突出特點。其目的不在于直

接復(fù)制每一個細(xì)節(jié)，而是要理解生物系統(tǒng)的工作原理，以實現(xiàn)特定功能為中心目的。—般

認(rèn)為，在仿生學(xué)研究中存在下列三個相關(guān)的方面；生物原型、數(shù)學(xué)模型和硬件模型．前者

是基礎(chǔ)，后者是Ｈ的，而數(shù)學(xué)模型則是兩者之間必不可少的橋梁。

由于生物系統(tǒng)的復(fù)雜性，搞清某種生物系統(tǒng)的機(jī)制需要相當(dāng)長的研究周期，而且解決

實際問題需要多學(xué)科長時間的密切協(xié)作，這是限制仿生學(xué)發(fā)展速度的主要原因．

１．４非線性動力學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)狀

１．４．１非線性動力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

近幾十年來，由于非線性科學(xué)的迅速發(fā)展，對非線性動力系統(tǒng)的研究日益增多，對動

力系統(tǒng)中極其豐富、復(fù)雜的非線性現(xiàn)象提出了多種研究、發(fā)展的理論方法，而且從最初的

經(jīng)典的攝動法、平均法、多尺度法等解非線性振動的方法走向了用近代的動力系統(tǒng)理論和

方法進(jìn)行研究的階段．研究的系統(tǒng)也從簡單的，低維、弱非線性的振動系統(tǒng)進(jìn)入高維、復(fù)

雜的系統(tǒng)．這些研究的中心內(nèi)容就是分岔和混沌．非線性動力系統(tǒng)中的分岔和混沌是非線

性科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一．

近年來隨著分岔混沌理論與方法的研究不斷深入，有關(guān)分岔混沌理論與方法得到了較

大的發(fā)展，取得了許多有意義和重要的研究成果．Ｂｏｇｏｌｉｕｂｏｖ、Ｍｉｔｒｏｐｌｓｋｙ等用平均法研

究了Ｍａｔｈｉｅｕ方程。８０年代Ｎａｙｆｃｈ等人也用多種方法對非線性動力系統(tǒng)進(jìn)行了研究，為非

線性動力系統(tǒng)的研究做出了很大貢獻(xiàn)．從６０年代起，Ｐ．Ｒ．ｇｅｔｈｎａ就開始研究非線性動力系

統(tǒng)，在７０年代已把分岔理論引入非線性振動理論中．從∞年代初始，Ｐ．Ｈｏｌｍｅｓ和

Ｊ．Ｇｕｃｋｅｎｈｃｉｍｅｒ?qū)Ψ蔷€性動力系統(tǒng)的分岔理論和混沌理論的研究做出了巨大貢獻(xiàn)．他們給

出的研究方法對深入研究分岔和混沌問題提供了有力的工具。

９０年代以來，對非線性動力系統(tǒng)的研究更是得到了極大的發(fā)展。傅衛(wèi)平、徐健學(xué)ｌ…ｌ在

非線性模態(tài)理論的基礎(chǔ)上，建，－＇ｒ

ＹｔＥ線性模態(tài)與Ｈｏｐｆ．Ｑ岔的聯(lián)系，研究了機(jī)電耦合扭振系

統(tǒng)的Ｈｏｐｆ分岔．陳予恕等【ｌ協(xié)ｍ硼直接方法求出了具有平方、立方非線性項的耦合動力系統(tǒng)

ｌ：２內(nèi)共振時的ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ，通過適當(dāng)?shù)淖儞Q將４維化為３維，得到了單變量４次分岔

方程，通過奇異性理論研究了一類普適開折的分岔特性．井竹君【“４譴行汽輪發(fā)電機(jī)組軸系

扭振的分岔分析及穩(wěn)定域的估計．賈宏裂”５】用非線性動力系統(tǒng)的分岔理論和方法，針對簡

單的電力系統(tǒng)模型，分析了電力系統(tǒng)環(huán)面分岔與混沌現(xiàn)象的研究。羅躍綱【ｌ”墚用漸進(jìn)法和

數(shù)值方法，對含有５次項非線性恢復(fù)力的振動系統(tǒng)簡諧激勵作用下的動態(tài)特性進(jìn)行了分析，

研究了具有高次項非線性振動系統(tǒng)的倍周期分岔、陣發(fā)性分岔和混沌等動力學(xué)行為。Ａ．Ｈ．

Ｎａｙｆｏｈ［…】分析了所給電力系統(tǒng)的較復(fù)雜分岔行為，揭示了鞍結(jié)分岔、超臨界、次臨界Ｈｏｐｆ

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－７－

＇．士后出站拄告

分岔，極限環(huán)的出現(xiàn)、消失，倍周期分岔、混沌等行為．ＦａｂｒｉｚｉｏＢｏｎａｎｉ［”町在諧波平衡法

的基礎(chǔ)上，提出了一個能計算極限環(huán)和Ｆｌｏｑｕｅｔ因子的改進(jìn)的諧波平衡方法，并建立了穩(wěn)定

性和分岔的條件。Ｋ．Ｂ－Ｋｉｌａｎｉ【１１９】也提出了計算Ｈｏｐ盼岔和鞍結(jié)分岔的新方法。Ｊ．Ｈ．Ｆｕ【１２０ｌ對

具有非半單零特征根的非線性系統(tǒng)，研究穩(wěn)定性條件和龐加萊ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ，通過構(gòu)造

Ｌｙａｐｕｎｏｖ函數(shù)進(jìn)行局部和全局穩(wěn)定性判斷。Ａ．Ｍ．ＡＨａｍｄａｎ和Ａ．ＨＮａｙｆｅｈ［ｍ］考慮具有二

次．三次非線性項的系統(tǒng)，用多尺度法分析主參數(shù)共振和次諧波共振，討論了極限環(huán)問題、

跳躍現(xiàn)象和次臨界不穩(wěn)定性等問題．Ｐｉｃ℃ａｒｄｉ［１碉也用諧波平衡法研究了周期強(qiáng)迫系統(tǒng)的鞍

結(jié)分岔和倍周期分岔．文獻(xiàn)［１２３１一［１４７１也分別對不同非線性系統(tǒng)在不同情況下的動力學(xué)行為

進(jìn)行了研究．由于篇幅所限，不一一列舉．總之，分岔和混沌的理論研究構(gòu)成了非線性動

力學(xué)近代理論的基本內(nèi)容，為新世紀(jì)非線性動力學(xué)的蓬勃發(fā)展奠定了雄厚的基礎(chǔ)。對科學(xué)

和工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生了十分深刻的影響．

１．４．２研究方法簡介

經(jīng)典的研究非線性振動的方法在非線性動力學(xué)理論中占重要地位，是研究復(fù)雜動力學(xué)

行為的基礎(chǔ)。他們包括攝動法、平均法、漸進(jìn)法、多尺度法和諧波平衡法等．

１．４．２．１攝動法

攝動法是龐加萊于十九世紀(jì)提出來的，后由李雅普諾夫和馬爾金等進(jìn)行了深入研究．

ｚｈａＩＩｇ等１１４０１用ｆｌｊＫｏｖａｅｉｃ和、）ｌ，ｉ站ｉＩＩｓ發(fā)展的叫全局?jǐn)z動法的方法，對同時有參數(shù)激勵和外激

勵的系統(tǒng)進(jìn)行了全局分岔行為的研究．Ｃｈｕｎｇ等［１４１ｌ也用了一種改進(jìn)了的攝動法來確定多自

由度強(qiáng)非線性振動系統(tǒng)的分岔和極限環(huán)．

１．４．２．２多尺度法

攝動法系統(tǒng)的周期解是一個自變量的函數(shù)，如果對系統(tǒng)引入多個變量，其解也成為多

個自變量的函數(shù)，這種將解的展開式考慮成多個時間自變量函數(shù)的方法稱為多尺度法．用

該法求解非保守系統(tǒng)更加方便。很多文獻(xiàn)…３ｘ“７Ⅱ１２１ｘ’捌１４０１１‘６０］都是用多尺度法對系統(tǒng)進(jìn)行研

究．季迸臣［Ｈ３研究了參數(shù)激勵作用下兩自由度非線性系統(tǒng)在ｌ：２內(nèi)共振條件下主參數(shù)激

勵低階模態(tài)的非線性響應(yīng)，采用多尺度法得到其振幅和相位的調(diào)制方程。Ｎａｙｆｅｈ

ｌｌ”】則采用

多尺度法求分岔點附近的ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ．Ａ．Ｍ．ＡＨａｍｄａｎ［１２ｑ考慮具有二次、三次非線性項的

參數(shù)激勵和外激勵系統(tǒng)，用多尺度法求出了主參數(shù)共振和次諧波共振．馮志華【。】建立了包

含耦合的三次幾何及慣性非線性項大范圍直線運(yùn)動梁的動力學(xué)控制方程，利用多尺度法并

結(jié)合笛卡爾坐標(biāo)，所得方程進(jìn)行一次近似展開，對滿足３：１內(nèi)共振的梁參激振動的穩(wěn)定性

進(jìn)行了詳細(xì)分析．Ｗｅｉ

Ｚｈａｎｇ

ｖ４０】貝ｆｊ用多尺度法對同時有參數(shù)激勵和外激勵的系統(tǒng)進(jìn)行了局

部分岔行為的研究，而用全局?jǐn)z動方法系統(tǒng)進(jìn)行了全局分岔行為的研究。Ａ．Ｍ．Ａ．Ｈａｍｄａｎ【ｌ卿

用多尺度法研究了主參數(shù)共振和次諧波共振．以前用多尺度法多得一階擾動方程，當(dāng)激振

力幅大時就不夠精確了，所以該文用多尺度法得出二階近似，提高了解的精確性，說明了

次解法也能得到數(shù)值模擬的效果．

－８－上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第—幸鴦?wù)?/p>

１．４．２．３諧波平衡法

諧波平衡法也是一種應(yīng)用比較多的求解非線性振動的方法．由于傳統(tǒng)的諧波平衡法只

能用來確定只有一個吸引子的非線性系統(tǒng)，故現(xiàn)在有很多人研究改進(jìn)的諧波平衡法，以使

其適于研究有幾個吸引子的非線性系統(tǒng)。ＣａｄｏＰｉｃｃａｒｄｉ［１３３疑出了一種諧波平衡法，并對余

維２的周期系統(tǒng)進(jìn)行了研究．Ｈ．Ｇ

ＫｗａｔｎｙＩ”６Ｊ也提出了一種研究電力系統(tǒng)Ｈｏｐｆ：分岔的諧波

平衡法．由于分析周期系統(tǒng)的極限環(huán)分岔的龐加萊映射在實際中很難應(yīng)用，故文獻(xiàn)［１２２］用

一種諧波平衡法來研究有周期強(qiáng)迫力的系統(tǒng)．即建立一諧波平衡系統(tǒng)，求此諧波平衡系統(tǒng)

與原系統(tǒng)的聯(lián)系．則由對此諧波平衡系統(tǒng)的動力學(xué)行為的研究可得原系統(tǒng)的動力學(xué)行為．

用此方法可以分析周期動力系統(tǒng)的鞍結(jié)分岔和倍周期分岔．最后用一個例子，通過由分析

周定點的龐加萊映射給出的分岔曲線與用本方法得到的曲線的對比，驗證了方法的正確性．

Ｒ．Ｇｅｎｅｓｉｏ【１鵪魂出的方法可以預(yù)測混沌的出現(xiàn)和一些分岔行為。ＦａｂｒｉｚｉｏＢｏｎａｎｉ（Ｉｔｓ魄出了

一種方法可以計算前面的方法不能計算的Ｆｌｏｑｕｅｔ因子。

１．４．２．４歸一化技術(shù)

ＹｕＰｅｉ［’４５１’蛔提出了歸一化技術(shù)，其主要思想是導(dǎo)出由關(guān)鍵變量（可包含狀態(tài)變量、振

幅和頻率等）表示而不是導(dǎo)數(shù)表示的、與方程本身一致的近似表達(dá)式．這個近似表達(dá)式可

以控制局部分岔特性．在諧波平衡法中，我們得到的是不同頻率、振幅的導(dǎo)數(shù)，在歸一化

技術(shù)中，我們得到的是臨界點附近的控制分岔的漸進(jìn)方程，而不需要事先決定解所需的導(dǎo)

數(shù)方程．用歸一化技術(shù)得到的是顯式解析表達(dá)式，即用原方程的變量表達(dá)的解析式．它可

以分析既有靜態(tài)分岔又有動態(tài)分岔的系統(tǒng)．文獻(xiàn)［１４５］研究了臨界點的Ｊ∞ｏｂｉ鋤矩陣有一個

零根和一對純虛根的情況．文獻(xiàn)［１４６］分析了兩對零根和兩對純虛根的情況．

１．４．２．５ＮｏｒｍＩ

Ｆｏｒｍ方法、中心流形理論和Ｌｓ約化方法

以上的經(jīng)典的解非線性系統(tǒng)的方法適用于低維的、弱非線性系統(tǒng)．對于高維系統(tǒng)的研

究。目前多通過降維和簡化的方法。常用的降維方法就是中心流形理論和ＬＳ約化方法，而

ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ方法則是常用的簡化方法。文【１１７１對包含４個狀態(tài)變量、兩個控制參數(shù)的系

統(tǒng)進(jìn)行了研究。用多尺度法得出分岔點附近的Ｎｏｒｍａｌ

Ｆｏｒｍ．分析了Ｈｏｐｆ分岔極限環(huán)的穩(wěn)

定性。【１１１］［１４０］都用ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ對系統(tǒng)進(jìn)行了簡化．【１４４］給出了求受約束的非線性微分

方程的ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ。【１４５］對所給動力系統(tǒng)進(jìn)行Ｌｓ約化，研究其退化Ｈｏｐｆ分岔。【１４２］用

ＬＳ約化方法和奇異性理論，研究其線性化系統(tǒng)２對純虛根的比為ｌ：２時平衡點周期解分

岔。

１．４．２．６非線性模態(tài)理論

非線性模態(tài)理論的發(fā)展也為分析高維系統(tǒng)的非線性問題提供了一條新的途徑．由于模

上海交通犬擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－９－

＇．士后出站報告

態(tài)分析在線性系統(tǒng)的研究中起到了非常重要的作用，所以自Ｒｏ蚓ｌｂｅＩｇ提出非線性模態(tài)的概

念以來，非線性模態(tài)理論及其研究一直比較活躍。Ａｔｋｉｎｓｏｎ和Ｔａｓｋｅｔｔ［Ⅲ１、Ｒａｎｄ［１明、Ｖａｋａｋｉｓｔｔ６３）

等都在這方面有所貢獻(xiàn)。吳志強(qiáng)…２１１２４ｘ１刪等也定義了模態(tài)的概念，并將其推廣以用于連續(xù)

系統(tǒng)的分析，給出了規(guī)范形方法更一般的形式．傅衛(wèi)平、徐健學(xué)…１】則在非線性模態(tài)理論的

基礎(chǔ)上，通過建立非線性模態(tài)與Ｈｏｐｆｇ）＂岔的聯(lián)系，提出了一種新的分析高維系統(tǒng)Ｈ０ｐｆ分岔

的非線性模態(tài)不變流形的方法。并將其應(yīng)用于分析大型發(fā)電機(jī)組軸系與電網(wǎng)耦合次ｆ司步扭

轉(zhuǎn)振蕩系統(tǒng)的Ｈｏｐｆ：分＂岔．

１Ａ．３分岔類型的研究

分岔問題起源于１８世紀(jì)對非線性振動等中失穩(wěn)現(xiàn)象的研究．長期以來，一直在應(yīng)用頒

域進(jìn)行．直到二十世紀(jì)７０年代，由于動力系統(tǒng)、非線性分析和非線性微分方程等方面的數(shù)

學(xué)研究的推動，他的理論研究才有了迅速發(fā)展，并對力學(xué)、物理學(xué)工程技術(shù)等產(chǎn)生了重大

影響．非線性動力系統(tǒng)的分岔問題包含十分豐富的內(nèi)容，是動力系統(tǒng)、非線性微分方程研

究的重要組成部分，在各個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用．當(dāng)前對分岔的研究無論從理論上還是

應(yīng)用上都迅速發(fā)展著，取得了很多成果．分岔可分為靜態(tài)分岔和動態(tài)分岔，也可分為局部

分岔和全局分岔．如果分岔方程解的數(shù)目隨分岔參數(shù)的改變而發(fā)生突然的變化，這種分岔

稱為靜態(tài)分岔，靜態(tài)分岔以外的分岔都是動態(tài)分岔．動態(tài)分岔包括Ｈｏｐｆ分岔、閉軌、同、

異宿軌道分岔、環(huán)面分岔等．如果只研究平衡點或閉軌某個鄰域內(nèi)向量場的分岔，這類分

岔問題就被叫做局部分岔．如果研究向量場的全局行為，則稱為全局分岔．全局分岔包括

同、異宿軌道破裂引起的分岔、環(huán)面破裂引起的分岔、對稱性破缺或增加引起的分岔等．

Ｈｏｐｆ分岔是動態(tài)分岔中比較常見的、也是經(jīng)典的一種分岔，因此在工程實際中對Ｈｏｐｆ

分岔的研究很多．傅衛(wèi)平等【¨１ｌ在非線性模態(tài)理論基礎(chǔ)上，研究了大型汽輪發(fā)電機(jī)軸系機(jī)電

耦合次同步扭振系統(tǒng)的Ｈｏｐｆｇ｝岔。ＫｈａｄＵａＢｅｎ－Ｋｉｌａｎｉ

０ｎ９１提出了一種計算被稱為分岔子系統(tǒng)

（此分岔予系統(tǒng)是中心流形的一個子集）的降維子系統(tǒng)的方法，此方法不需要進(jìn)行非線性

變換來確定中心流形。用此方法對單機(jī)無限大系統(tǒng)進(jìn)行了鞍結(jié)分岔和Ｈｏｐｆ分岔分析．馮志

華和胡海巖【１２９】對滿足一，二階模態(tài)問３：ｌ內(nèi)共振現(xiàn)象的直線運(yùn)動粱參激振動平凡解的穩(wěn)

定性進(jìn)行了分析，得出了穩(wěn)定性邊界，采用中心流形定理對調(diào)制微分方程降維，分析了Ｈｏｐｆ

分岔類型，通過數(shù)值解發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定極限環(huán)的存在．程祟慶【掰】研究了共振情況下非自治系統(tǒng)的

Ｈｏｐｆ分＂岔．Ｈ．ＧＫｗａｔｎｙ和ＧＥ．Ｐｉｐｅｒｔｌ蚓、Ｍ．Ｒ．Ｉｒａｖａｎｉ和Ａ．Ｓｅｍｌｙｅｎ［１３８］、Ｒｏｎｇ－ｌａｎｇ

Ｃｈｅｎ等

【１３５】也分別對所研究的系統(tǒng)進(jìn)行了Ｈ０ｐｆ分岔或退化Ｈｏｐｆ分岔分析．Ｙｓｓｕｎｏｒｉ

Ｍｉｔａｎｉ［ｔ３９１利用

Ｆｌｏｑ∽ｔ理論和Ｈ叩ｆ分岔理論對串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)乃啺l(fā)電機(jī)系統(tǒng)的非線性現(xiàn)象進(jìn)行了分析．

研究表明：此系統(tǒng)會出現(xiàn)一次、二次Ｈｏｐｆ分岔和環(huán)面分岔．

對于非線性動力系統(tǒng)中環(huán)面分岔、倍周期分岔等較為復(fù)雜的分岔的研究。近十年來也

有了很大的發(fā)展．賈宏杰ＩＩ坫】用一個簡單的３節(jié)點系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)的環(huán)面分岔和經(jīng)由環(huán)面

分岔出現(xiàn)的混沌現(xiàn)象的特點進(jìn)行了分析。羅躍綱…６】對含有５次項非線性恢復(fù)力的振動系

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

摹—幸特論

統(tǒng)簡諧激勵作用下的動態(tài)特性進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)的分岔和混沌特性進(jìn)行了數(shù)值分析，發(fā)

現(xiàn)此系統(tǒng)具有倍周期分岔、陣發(fā)性分岔、倍周期倒分岔和混沌等復(fù)雜的動力學(xué)行為。Ａｌｌｈ．

Ｎａｙｆｅｈ…７】分析了有負(fù)載的兩電機(jī)系統(tǒng)，以無功功率和阻抗性負(fù)載為控制參數(shù)，其響應(yīng)經(jīng)歷

了鞍結(jié)分岔、次臨界和超ｌ艋界Ｈ０ｐ盼岔、倍周期分岔，最終導(dǎo)致混沌。Ｆａｂ＂ｎｚｉｏＢｏｎａｎｉｏ：５１基

于文章中提出的可以計算Ｆｌｉｑｕｅｔ因子和分析分岔行為的諧波平衡法，對Ｃｈｕａ電路進(jìn)行了分

析，揭示了此系統(tǒng)中極其復(fù)雜的動力學(xué)行為．ｃａｒｌｏｐｉｃｃａｒｄｉ

ｐ２２］提出了一種諧波平衡法可以

大致檢測鞍結(jié)分岔和倍周期分岔。還可以在參數(shù)空間內(nèi)導(dǎo)出分岔邊界。在此基礎(chǔ)上對二階

周期常微分方程（Ｄｕｉｆｍｇ方程）進(jìn)行了分析，成功地檢測出ｙＤｕｆｒｍｇ系統(tǒng)的周期為Ｔ、２Ｔ、

３Ｔ的解的鞍結(jié)分岔．

除了對琢巾盼岔、閉軌、同、異宿軌道分岔、環(huán)面分岔等分岔的研究外，吳志強(qiáng)等１１捌

用Ｌａｇｒａｎｇｅ方法建立了一陀螺模型的微分方程，分析了一種特殊的分岔，因其在開折參數(shù)

不等于０時的分岔圖分別具有樹枝分岔和簡單分岔的特征，所以該文稱其為半樹枝半簡單

分岔，給出半樹枝半簡單分岔產(chǎn)生的條件，對ｚ２對稱情況給出了普適開折和相應(yīng)的分岔圖，

對ｚ２對稱性破缺的情況，用奇異性理論導(dǎo)出余維數(shù)為５的普適開折的４種形式，給出了部

分分岔圖。李欣業(yè)等【１矧分析了組合梁模型ｌ：３內(nèi)共振的非線性模態(tài)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)共振非線性

系統(tǒng)除存在單摸運(yùn)動外還存在耦合模態(tài)運(yùn)動，耦合模態(tài)具有分岔特性，利用奇異性理論分

析發(fā)現(xiàn)此類系統(tǒng)的模態(tài)存在叉形點分岔滯后點分岔．化存才、陸啟剃１川。捌研究了時變參

數(shù)系統(tǒng)的非完全分岔及高余維分岔．

系統(tǒng)的雅可比矩陣的特征值可以有多種情況．如只有一個零根或只有一對純虛根、兩

個零根、兩對純虛根、一個零根和一對純虛根等多種情況。如果系統(tǒng)只有一對純虛根，則

會出現(xiàn)Ｈｏｐｆ皇Ｊ＂岔．由于只有一個零根或只有一對純虛報的情況比較簡單，故早期的研究多

限于此．隨著研究的深入，對兩個零根、兩對純虛根、一個零根和一對純虛根等情況也有

人進(jìn)行研究．Ｖ．Ｖ．Ｂａｓｏｖ［１３１】研究了微分方程的特征方程有兩對純虛根和兩對零根時的分岔

情況．ＹｕＰｅｉ［３５ｌ【３ｑ則對一個零根和一對純虛根的情況及兩對純虛根和兩對零根進(jìn)行了研

究，對靜態(tài)分岔、Ｈｏｐｆ分岔、二次Ｈｏｐｆ分岔、二維環(huán)面等的穩(wěn)定性進(jìn)行了判斷，給出了極

限環(huán)的周期。ＶｉｃｔｏｒＧＬｃＢｌａ∞和ＷｉｌｌｉａｍＦ．Ｌａｎｇｆｏｒｄ［３２ｌ研究了線性化方程有兩對純虛根且

其比為ｌ：２時的微分方程平衡點周期解分岔．

目前成功用于全局動力學(xué)分析的理論方法尚不多，主要有符號動力學(xué)、Ｓｍａｌｅ馬蹄變換

以及兩種著名的解析方法－Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法和Ｓｈｉｌｎｉｋｏｖ方法。季進(jìn)臣等ｆｌｌ３】研究了參數(shù)激勵作

用下兩自由度非線性系統(tǒng)在ｌ：２內(nèi)共振條件下主參數(shù)激勵低階模態(tài)的非線性響應(yīng)，采用多

尺度法得到其振幅和相位的調(diào)制方程，分析發(fā)現(xiàn)平凡解通過樹枝分岔產(chǎn)生耦合模態(tài)解，采

用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法研究全局分岔行為，發(fā)現(xiàn)異宿軌道在擾動下破裂．產(chǎn)生Ｓｗａｌｅ馬蹄意義下的

混沌．文獻(xiàn)［１４０］分析了矩形薄板系在參數(shù)激勵和外激勵下的局部分岔和全局分岔．用多尺

度法得到了平均方程，給出了局部分岔的數(shù)值計算．得到了一對零根和一對純虛根時的顯

式ＮｏｒｍａｌＦｏｒｍ表達(dá)式，在心ｌｏｒｍａｌＦｏｒｍ基礎(chǔ)上分析了全局分岔，并用數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)了混

沌運(yùn)動．對高維系統(tǒng)的全局研究還很困難，有待于進(jìn)一步研究．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－ｌｌ－

＇ｐ，４－ａ出站報魯

雖然非線性動力學(xué)在眾多現(xiàn)代科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景，但還很少用于研究生

物系統(tǒng)．事實上，生物系統(tǒng)大多是非線性系統(tǒng)。對于實際生物系統(tǒng)非線性動力學(xué)問題的研

究也必然會促進(jìn)該學(xué)科的發(fā)展．

１．５本論文的主要研究內(nèi)容

寄生蠅是地球生物中的一個獨(dú)特群體，它們個體較小，數(shù)量龐大，在長期的進(jìn)化過程

中，發(fā)展出與其生存環(huán)境相適應(yīng)的具有特殊構(gòu)造和功能的器官系統(tǒng)，如：奧米亞寄生蠅０ｔⅫｌｉａ

ｏｃ］ｒａ∞．，ａ的耳間距十分微小，卻能憑借其構(gòu)造獨(dú)特的聲感應(yīng)系統(tǒng)對外界入射聲源的方位作出

準(zhǔn)確的判斷，受其啟示．通過對其具有獨(dú)特功能的器官系統(tǒng)的構(gòu)造的研究和模仿，有可能

使我們找到解決人類社會實際問題的有效方案。本文在前人對奧米亞寄生蠅解剖學(xué)、生理

學(xué)研究的基礎(chǔ)上，對其聲定位機(jī)理及動力學(xué)特性進(jìn)行了深入的研究。具體研究內(nèi)容如下：

第一章，首先介紹本文研究的意義明確需要解決的問題，確立本論文的研究內(nèi)容。接

著回顧和分析了生物力學(xué)、仿生學(xué)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，詳細(xì)討論了非線性動力學(xué)的研

究現(xiàn)狀和方法．

第二章，介紹寄生蠅聽覺系統(tǒng)的生物學(xué)特性。對寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行

詳細(xì)地討論，與非奧米亞寄生蠅的聽覺系統(tǒng)進(jìn)行了對比，指出了奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)在

解剖學(xué)結(jié)構(gòu)上的四個顯著特點及其他特征；介紹臭米亞寄生蠅聲感應(yīng)系統(tǒng)的生物力學(xué)性

狀，找到了聽覺最敏感區(qū)及對聽覺系統(tǒng)有影響的器官，為后面章節(jié)的研究提供理論依據(jù)．

第三章。在上一章研究寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，建立了

描述其聲定位機(jī)理的非線性模型，作出了傳遞函數(shù)，研究了激勵頻率和角度對模型同側(cè)、

對側(cè)強(qiáng)度差和時間延遲的影響，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比．

第四章，研究寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型的動力學(xué)特性．首先，通過將方程進(jìn)行無量綱化，

研究模型在時域和頻域的振動規(guī)律及系統(tǒng)參數(shù)對振動特性的影響；分析系統(tǒng)在激勵頻率和

激勵力幅影響下的穩(wěn)定性，給出系統(tǒng)在穩(wěn)定性不同區(qū)域的龐加萊截面和相軌跡圖。

第五章，基于前幾章聽覺系統(tǒng)定位機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出用于實驗室研究的膜結(jié)構(gòu)

理論實驗?zāi)Ｐ停治龃四Ｐ投づc機(jī)械連接結(jié)構(gòu)之間的耦舍形式以及兩者問的相互作用，

對不同的頻率和方向的入射聲激勵下的響應(yīng)作出分析，為將來要進(jìn)行的實驗室模型研究做

理論鋪墊．

第六章，對全文工作進(jìn)行總結(jié)，并對下一步工作及待解決的問題進(jìn)行了展望。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動因家重點實驗室

摹—幸廿論

參考文獻(xiàn)：

【ｌ】Ｍｉｃｈｅｌｓｅｎ…Ａｄ

ａ１．，Ｈｅａｒｉｎｇ

ａｎｄＳｏｕｎｄ

ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎＳｍａｌｌＡｎｉｍａｌｓ：ＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＡｄａｐｔａｔｉｏｎｓｔｏ

ｔｈｅＬａｗｓｏｆ

Ｐｈｙｓｉｃｓ．ｉｎ

１ｒｈｃＥｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙＢｉｏｌｏｇｙ

ｏｆ

Ｈｅａｒｉｎｇ，ＥｄｉｔｅｄｂｙＤ．Ｂ．Ｗｅｂｓｔｅｒ，Ｒ．Ｒ．Ｆａｙ，

ａｎｄＡ．Ｎ．Ｐｏｏｐｅｒ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，ＮｅｗＹｏｒｋ，１９９２，ＰＰ．６１－７７．

【２】Ｆｌｅｔｃｈｅｒ，Ｎ．Ｈ．，ａｎｄＴｈｗａｉｔｅｓ，Ｓ．，ＡｃｏｕｓｔｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆｔｈｅ

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ＴｅｌｅｏｇｒｒｙｌｌｕｓＣｏｍｍｏｄｕｓ（ｗａｌｋｅｒ）。．，．ＡｃｏｕＪｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，１９７９，６６：３５０－３５７．

ｆ３】Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ，Ａ，ｅｔａ１．，Ｐｈｙｍｃｓ

ｏｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ

Ｈｅａｒｉｎｇ

ｉｎｔｈｅＣｒｉｃｋｅｔ

Ｇｒｙｌｌｕｓ

Ｂｉｍａｃｕｌｓｔｕｓ，Ｊ．Ｃｏｍｐ．

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ｆ４】Ｐａｌｍｅｒ，九Ｒ．，ｍｄＰｉｎｄｅｒ，Ａ．Ｃ．，ＴｈｅＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｔｙｏｆｔｈｅ

Ｆｒｏｇ

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ｂｙ·Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｍｏｄｅｌ，Ｊ．

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ＭｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅＡｕｄｉｔｏｒｙＰｏｒｉｐｈｅＷ，Ｈ％Ｒｅ＊．。１９８６，２１：１７－４０．

問Ｒｅｂｅｒｔ．Ｄ．。ｅｔ－Ｌ，眥ｔｙｍｐｅｎａｌＨｅａｔｉｎｇＯｒｓｍｏｆｔｈｅＰａｒａａｌｔｏｋｌ

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ＯｎｎｉａＯｅｈｒａｃｅａ∞慨

Ｔａｃｈｉｎｉｄａｎ，Ｏｎｎｌｉｎｉ）’Ｃｅｌｌ

Ｔ＇ｍａｎｅ

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【９】Ｗａｌｋｅｒ，Ｔ．Ｊ．，Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅ

Ｆｌｉｇｈｔｓ

ｏｆＦｉｅｌｄ

Ｃｒｉｃｋｅｔｓ（Ｇｒｙｌｉｎｓ

ｓｐｐ．）ａｎｄａＴａｃｈｉｎｉｄＦｌｙ（ＥｕｐｈａｓｉｏｏｔｅｒｉｘＯｃｈ㈣）ｉｎＮｏｒｔｈ

Ｆｌｏｒｉｄａ，ＦＩ．Ｅｎｔｏｍ０１．，１９８６。６９：６７８－６８５．

【１０］Ｍｉｌｅｓ。Ｉｔ．Ｎ．，ｅｔａ１．，ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙＣｏｕｐｌｅｄ

ＥａｒｓｆｏｒＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ

Ｈｅａｒｉｎｇ

ｉｎｔｈｅＰａｒａｓｉｔｏｉｄＦｌｙ

Ｏｎｎｉａ

Ｏｃｈｒｅｃｅａ，Ｊ．Ａｏｎｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．。１９９５，９８：３０５９．３０７０．

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【１６１

ＷａｒｄＭ

Ｒ。ＰａｓｔｅｒｋａｍｐＧ，Ｙｅｏｎｇａ

Ｃ矗ａ１．Ａｒｔｅｒｉａｌｍｍｏｄｅｌｉｎｇ：Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄｃｌｉｎｉｃａｌ

ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，２０００，１０２（１Ｉ們：ｌ１８６·ｌ１９１．

【１７】ＷｅｌＩｎｈｏｆｅｒＥ’Ｂｏｃｋｓｃｈｗ，ＨｉｏｎｕｕｍＮ，ｅｔ

ａ１．Ｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓａｎｄｖａｓｃｕｌａｒ

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Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ，２００２＇２ｌ（４）：４０５－４１６．

【１８】Ｄｒｉｓ６Ａ

Ｂ，ＤｃｖａｕｘＣ，ＨｅｎｒｉｏｎＤ，ｅｔａ１．Ｈｅｍｏｄｙｏｎｍｉｃｓｔｌ甚ｍｅｓｉｎｄｕｃｅｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌｄｙｓｆｕｎｃｔｉｏｎ

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ｈｅａｒｔｆａｉｌｕｒｅ．Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，２０００，

１０１（２３）：２７６４—２７７０．

【１９】ＬａｎｇｉｌｌＥＢ

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ａ１．Ａｃｃｅｎｔｕａｔｅｄ

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ａｔｈｅｍｓｃｌｅｒｏｔｉＢｌｅｓｉｏｎｓ．ＡｍＪＣａｒｄｉｏｌ，２０００。８５（５）：５２３—５２６．

【２ｌ】ＭａｌｅｋＡＭ，ｌｚｕｍｏｓ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｅｎｄｏｔｈｅｌｉａｌ

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４）：７１３·７２６．

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ｆｌｕｉｄｆｌｏｗ．Ｍｉｃｒｅｃｉｒｅｕｌａｔｉｏｎ，１９９７’４（４）：４３９—４５３．

【２３】ＣｈｅｓｌｅｒＮ

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［２４１

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ａ１．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｈａｎｇｅａｉｎｂｌｏｏｄｆｌｏｗｒａｔｅｏｎｃｅｌｌｄｅａｔｈａｎｄｃｅｌｌ

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７．

上海交通走擘機(jī)械系統(tǒng)與振動固家重點實驗宣一１３－

博士后出站瓤告

【２５］ＵＩＩｍ∞ⅪＬ，ＳｔｃｖｅｎＷ

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ｔｈｅＲａｔＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｌｌＲｅｓｅａ∞ｈ，１９９６，７９（５）：ｌ

０１５．１∞３．

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【２刁陳槐卿．流體切應(yīng)力對血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用．醫(yī)用生物力學(xué)，２０００，１５（２）７２．７５．

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程學(xué)報，２００２，２ｌ（１）：９．１５．

【２９】陳衛(wèi)軍，應(yīng)大君．動脈血流改變后壁切應(yīng)力動態(tài)變化的檢測與分析【Ｊ】．生物醫(yī)學(xué)工程雜

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［３０ｌ翁維良．廖福龍，吳云鵬編著．血液流變學(xué)研究方法及其應(yīng)用．北京：科學(xué)出版社．１９８９

１３ｌ】王貴學(xué)ｔ龍?zhí)戾瑧?yīng)大君，血液動力學(xué)因素對血管重建的影響，重慶大學(xué)學(xué)報，２６（８）ｌ１０２．１０５

【３２】ｗａｌｄＭＲ。ｐｍｅＡａｍｐＧ．Ｙｅｎｎｇａｃ，ｅｔ

ｕ１．Ａｒｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｄｅｌｉｎｇ：Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

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Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ，２０００，１０２（ｉ∞：１１８６．１１９１．

Ｄ３】ＷｅｌｌｎｈｏｆｅｒＥ，Ｂｅｃｋ∞ｈｗ。陌鋤舢Ｎ，ｅｔ

ａ１．Ｓｈｅａｒ蜘ａｎｄｖａｓｃｕｌａｒｔｅｎｍｄｅｌｉｎｆｆ．岫ｏｆｃａｒｄｉａｃ

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Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ，２００２，２１（４）：４０５·４１６．

【３４】ＤｒｉｕＡ

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１０１（２３）：２７６４·２７７０．

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ｊｍ嘶∞．Ｍｉｃｒｏｕｉｒｃｕｉａｔｉｏｎ，２００ｌ，８（３＇：１９５．２０６．

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Ｃａｒｄｉｏｌ，２０００．８５（５）：５２３．５２６．

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［３９ＪＣｌｍｌｅｒＮＣ，ＫｕＤＮ，ＯａｌｂｚＳ．Ｔｒａｎｓｍｕｒａｌ珥Ｂ如ｍｉｎｄｕｃｅｓｍａｌｆｉｘ—ｄｅｇｒａｄｉｎｇａｃｔｉｖｉｔｙｉｎｐｏｒｃｉｎｅ

ａｒｔｅｒｉｅｓ“ｖｉｖｏ．ＡｍＪｌ忡ｉ０１．１９鯽，２７７（５２）：Ｈ２００２－２００９．

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【４１１ＵｎｔｈａｎｋｊＬ，ＳｔｅｖｅｎＷ

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Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９９６，７９Ｄ）：ｌ０１５．Ｊ０２３．

【４２１姜宗來，楊向群，張炎，等．血管重建與血管組織工程的基礎(chǔ)研究生物力學(xué)的最新進(jìn)展．北京：高等

教育出版社，２００１．

１４３１陳槐卿．流體切應(yīng)力對血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用．醫(yī)用生物力學(xué)，２０００，１５（２）７２．７５．

［４４】蔡紹暫，王貴學(xué)，歐陽克清，等．關(guān)于血管內(nèi)皮細(xì)胞膜張應(yīng)力累加效應(yīng)的實驗研究．中國生物醫(yī)學(xué)工

程學(xué)報，２００２，２Ｉ（１）：９．１５．

［４５１陳衛(wèi)軍，應(yīng)大君．動脈血流改變后壁切應(yīng)力動態(tài)變化的檢測與分析【Ｊ】

志，１９９９。１６（３）：３０３—３０６

［４６１王利峰，黃毓瑜，魏軍等，骨科生物力學(xué)股骨頸三維模型特點及建模方法。

２００６，２２（４）ｌ６１３．６１５

生物醫(yī)學(xué)工程雜

中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)

【４７】鄭誠功。骨科生物力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)況，２００６，８（２）ｌ１０１．１０３

［４８１王鵬ｔ姚學(xué)鋒，余柳平等，伴有股骨頭壞死的松質(zhì)骨生物力學(xué)特性，清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）

２００７，４（５）ｌ７２６—７２９

－１４－上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第—幸堵論

【４９】陳執(zhí)平，張安楨。跖、趾骨應(yīng)力的生物力學(xué)分析，中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志，２００５，２４（６）：７０９．７１ｌ

【５０ｌ兀ＪＮＧ

Ｙ－ｃ．Ｓｔｒｅｓｓ，５ｔｒａｉｎ。ｇｒｏｗｔｈ，ａｎｄｒｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｌｉｖｉｎｇｏｒｌ鯽ｉｓｍｓ［Ｊ】．ＺＡＭＩＰ，１９９５，６（４）：４６９

·４８２．

【５ｌ】馮元楨，生物力學(xué)．北京：科學(xué)出版社，１９８３

【５２】陶祖萊．組織工程中的生物力學(xué)問題【Ｊ】．醫(yī)用生物力學(xué)，２０００，１５（２）：６７—６８．

【５３】高永毅，焦群英，陳安華，剪切載荷作用下植物細(xì)胞的力學(xué)特性分析．應(yīng)用力學(xué)學(xué)報，２００６，２３

（４）：６８２－６８６

【５４１高永毅，焦群英，王榮．植物細(xì)胞對外加壓縮載荷的響應(yīng)分析，應(yīng)用力學(xué)學(xué)報，２００５（１）：７９．８２．

【５５】Ｐｉｔｔ．Ｍｏｄｅｌｓｆｏｒｔｌｌｅ貼ｅｏｌｏｇ，ｊ

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［５０３０∞ａ，ＰｉｔｔＲＥ．Ｍｅｃｈ枷∞ｏｆｈⅫｃｈ】，ｍＴｉｓｓｕｅｌ３ｕｔ《１∞ＣｅｌｌＯｒｉｅｎｔａｔｌｏａ∞ｄⅫｃｍ咖咖”【Ｊ】．

伽∞ｃｌｉ．Ⅲｏｆ岫＾Ｓ＾Ｅ．１約ｌ∞２扔８．１明０∞Ｏｉｏｎｇ，ＰｉｔｔＲＥ。蜘＾．Ｂｈ－瑚ｌｏ科，１９９０。２７，２２５－２４０．

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１３ｉｏｍｅｃｌｕｍｉｅａｍｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，１２２：３９２４１．

【５９】ＳｃｈｏｏｄＤ，ＨｏｌｔＪＥ．Ｉｍｐａｃｔｂｒｕｉｓｉｎｇｉｎ３ａｐｐｌｅａ刪＇ｇ哪ｃｎ體．ＪＡ鰣ｃｌ！ｎｇｎｇＲｅｓ，１９８２，２７（１）：

５０７２５１：２．

【６０ＪＤｉｎｔｅｎｆｅｓｓＩ，ＪｅｄｒｚｅｊｅｚｙｋＨ。Ｗｉｌｌａｒｄ

Ａ．Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ。Ｓｔｅｒｅｏｌｏｇｉｅａｌ∞ｄ

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ｏｆＲｅｄＣｅｌｌｓｉｎＤｉｓｅａｓｅ：Ｐａｒｔｌ：Ｋｉｒｔｌｅｓ

ｏｆＡｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｆｌａｃｏｌｏｇｙ

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ｆ６５１ＫｉｌｌａｌｃｌａｉＹ＇ｄ

ａ１．Ｍｏｄｉｆｉｅｄ

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ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂｌｏｏｄｔｈｅｏｌｏｇｙ．ＭｉｅｒｏｖｕｅＲｅｓ，１９９４，４７：１：２６－１３９

［６６１Ｋｉｌａｔｅｌｌｉ

Ｙ，矗ＩＩ．Ｖａｒｉｓｌｉｏｎ

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ａｎｄｐｏｇｉｂｌｅ∞嗍Ⅲ㈣ｆｏｒＯｘｙｇｅｎｍｓｐｏｒｔｔｏｔｉｕｕｅ．Ｍｉｃｒｏｖｕｃ

Ｒｅｓ，１９９４，４７：２２２·２３１

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【６８】嚴(yán)宗教．測量紅細(xì)胞變形性的新方法．嗣外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊。１９９７。５

【６９】Ｓｕｔｔｏｎｌｑ，ｄ

ａＩ．Ａｎｏｖｅｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｆｏｒ

ｓｔｕｄ．ｒｉｎｇ廿Ｉｅ

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ｃａｐｉｌｌａｒｉｅｓ．ＭｉｅｒｏｖａｓｅＲｅｓ。１９９７，５３：２７２．２８１【７０］ＯｇｕｒａＥ，ｅｔａｌ．Ｍｅｎｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｈｕｍｒｅｄ

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一１６＿上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室

摹—幸磚論

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ｃｕｓｔｏｍａＶＬＳＩＣＰＧｃｈｉ蘆．ＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０００（１），ＩＣＲＡ’００，ＩＥＥＥＣｏｎｆ．，４９４－５００

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【ｌ１２］季進(jìn)臣，陳予恕．兩自由度下非線性振動系統(tǒng)主參數(shù)激勵下的分岔分析．應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，

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【１１３Ｊ井竹君，王進(jìn)良，汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭振的分岔分析及穩(wěn)定域的估計，電力系統(tǒng)自動化，２００１，

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ｌＯ

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【１１６】Ａｌｉｈ．ＮａｙｆｅｈｔＡｈｍａｄＭ．ＨｅｒｂａｎｄＣｌｍｒ－ｍｉｎｇＣｈｉｎ－Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓｉｎａｐｏｗｅｒ

ｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌ－Ｃｉｒｃｕｉｔ

ａｎｄ

ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９５，ｌ２８３～２跖

【１１７】ＦａｂｒｉｚｉｏＢｏｎａｎｉ，］ｕ［ａｒｃｏＧｉＩｌｌ，／岫ｄｙｓｂｏｆｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｏｆｌｉｍｋｃｙｃｌｅｓｉｎＣｈＵａ＇￥ｃｉｒｃｕｉｔ

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【１１８ｌⅪｌａｄⅡａｌｋｎ－ＩＧｌａｎｉ，ＲｏｂｅｒｔＡ．Ｓｃｈｕｅｔｅｒ，Ａｎ

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【ｌ１９］Ｊｙｕｎ－Ｈｏｍｇ（Ａｌｅｘ）Ｆｕ。ＯｎＬｙａｐｕｎｏｖｓｔａｂｉｌｉｔｙ

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１１３０１ｖ．Ｖ．ＢｉＩＭＯＶ，ＢｉＳ眥ａｉ／ｍｏｆａｎ＿ｌｕｉｈ＇ｂｆｉｍｆｏｒ８毋嘲啪ｏｆｄ／ｆｆｅｒｅｍｉａｌａｐ橢ｉｎｄｉｅｅｆｉｔｉａｄｏｆ

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１０１５－１０１８

【１３３】Ｌｅｏｎ．ｃｈｏｎａｎｄＨｉｒｃｅ

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Ａ．Ｓｅｍｌｙｅｎ·Ｈｏｐｆ

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【１３８】ＹｓｍｍｏｒｉＭｉｔｅｎｌａｎｄＴｓＩｌｊｉｅｔａｌ，Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｍｓｕｂ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｒｅｓｏｎａｎｃｅ，

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ

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【１３９】

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ｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ

ａｎｄ

ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙｅｘｃｉｔｅｄ

西ｉＩＩ

ｐｌａｔｅ，ＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｙｎａｍｉｃｓ，２００１，２４：２４５－２６８

【１４０１ｋｗ．ＣｈｕｎｇａｎｄＣ．Ｌ．ａ∞，

Ａ辨ｒｈ玎ｂ越ｉ∞－ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒ

ｓｔｒｏｎｇｌｙ

ｎｏｎｌｉｎｅａｒ

ａｎｔｏｎｏｍｏｕｓｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓｗｉｔｈｍａｎｙｄｅｇｒｅｅｓｏｆｆｒｅｎｄｏｍ，ＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｙｎａｍｉｃｓ，２００２，２８：２４３·２５９

【１４１】ＶｉｃｔｏｒＧ．ＬｅＢｌａｎｃａｎｄＷｉｌｌｉａｍ

Ｆ．Ｌａｎｇｆｏｒｄ，

Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｏｎｆｏｌｄｉｎｇｓｏｆ

１：２ｒｅｓｏｎａｎｃｅ

Ｈｏｐｆ

ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ。ＡｒｃｈｉｖｅｆｏｒＲａｔｉｏｎａｌＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄ

Ａｎａｌｙｓｉｓ－１９９６，１３６（４）；３０５·３５７

【１４２】ＯｅｅｒｔｊｅＨｅｋ，Ａｒｉｅｎ

Ｄｏｅｌｍａｎ，ａｎｄ

ＰｈｉｌｉｐＨｏｌｍｅｓ，Ｈｏｍｐｃｌｉｎｉｃ

Ｓａｄｄｌｅ－Ｎｏｄｅｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓａｎｄ

ｓｕｂｓｈｉｆｌｓｉｎａｔｈｒｃｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｌｏｗ。ＡｒｃｈｉｖｅｆｏｒＲａｔｉｏｎａｌＭ∞ＭｍｃｓａｎｄＡｎａｌＩｙｓ／ｓ，１９９８，１４５（４）：

２９１．３２９

【１４３】Ｏ．Ｋｌａｓｓ，Ｒ．ＮｉｅｋａｍｐａｎｄＥ．Ｓｔｅｉｎ，Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｌｉｍｉｔａｎｄｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｐｏｉｎｔｓｕｓｉｎｇ

－１８－上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動固謇重點實驗主

第一幸甘論

Ｌａｎｃｚｏｓ

ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９７，２０（３）：２２１．２２８

【１４４】Ｐ．Ｙｕａｎｄ

Ｋ．Ｈｕｓｅｙｉｎ，Ａｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅｓｔａｔｉｃａｎｄ

ｄｙｎａｍｉｃ

ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥ

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃ

Ｃｏｎｔｒｏｌ。１９８８．３３（１）Ｉ２８－４ｌ

【１４５ＪＰ．Ｙｕ∞ｄＩＣＨｕｓｓｙｉｎ。Ａ

ｃｏｄｉｍｅｓｉｏｎ－３ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎ

ｐｒｏｂｌｅｍ

ａｎｄ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ

ｃｉｒｃｕｉｉｓ，

ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒ０１．１９８８，３４（２）：２５５－２５９。

【１４６】ＭｉｃｈａｅｌＤｅｌｉｎｉｔｚ，Ｍｉｃｈａｅｌ

Ｆｉｅｌｄｅｔ

ａｌ，Ｃｙｃｌｉｎｇ

Ｃｈａｏｓ，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄ

ｓｙｓｔｅｍｓ一！：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｔｈｅｍｙ

ａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｍｍ·１９９５，４２（１０）；８２１－８３２

【１４７】

Ｒ．ＧａｎｅｓｉｎａｎｄＡ．Ｔｅ硝，Ａｈａｒｍｏｎｉｃｂａｌａｎｃｅ

ａｐｐｒｏａｃｈ

ｆｏｒｃｈａｏｓｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ：Ｃｈｕａ’Ｓｃｉｒｃｕｉｔ，ｌＩＩＵ．

ＢｉｆｕｒｃａｔｉｏｎＣｈａｏｓ．１９９２，２（１）ｌ６１．７９

［ｔ４９】Ｍａｔｖｌｋｈｎｋ，ＩＬＳ·Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｔａｂｉｌｌｉｙ

ｏｆｆｏｒｃｅｄａｕｔｏｍａｔｉｃ－ｃｏｎｔｒｏｌ謝曲ｂ曲ｌＩｃｈ∽日咖·

ｈｔｅｎｍｔｉｏｎａｌＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ．２００ｌ，３７（３）ｌｌ餓；３－７０９５

［１４９］ＬｅｉｍＪｔ．ＩａｎｄＣｕＷｏｎ．Ｄ．ＨｅｔａｌＢｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓ砸ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄＪ９００Ｎｔｉｎｍｓｙｍｅｍ，Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ

Ｄｙｎａｍｉｃｓ－２０００．２３（２）：１０５－１６４

［１５０１Ｒ．１．ＬｅｉｎｅａｎｄＤ．Ｈ．Ｖａｎ

Ｃａｍｐａｎ，Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ＦｏｌｄＢｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓｉｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｓｙｓｔｕｎｍ，

Ａｒｃｈｉｖｅ

ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ

Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ．２００２．７２（２－３）：１３８－１４６

【１５１ｌＧａｌｖａｍｅｔｔｏ．Ｕｇｏ，Ｂｉｓｈｏｐ．ＳｔｅｖｅｎｔＤｙｎａｍｉｃｓｏｆａＳｉｍｐｌｅＤａｍｐｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒＳｔｉｃｋ－ＳｌｉｐＶｉｂｒａｔｉｏｎｓ·

Ｍｅｃｃａｎｉｃａ，１９９蚍０００，３４（５）：３３７．３４７

【１５２】Ｎ．Ａ．ＰｃｒｅｓｔｙｎｋａｎｄＯ．Ｓ．‰ｉｋｏｖａ，０ｎｔｈｅｍｂｉｎｔｙ

ｏｆｉｎｖａｄａｎｔ麟ｏｆ擊ｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ｄｙｎａｍｉｃａｌ

巧，嗡ｍ·Ｕｋｒａｉｎｉａｎｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｊｏｕｒｎａｌ·２００１，５３（１）ｌ９Ｉ－粥

［１５３］ＭｙｓｈｋｌｓＪ～．Ｄ，０Ｂ

Ａｓｙｍｐｔｏｔｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ｏｆｔｈｅ

ｒｏｕｇｈｍａｔｉｎｏｎｒｙｐｏｉｎｔｓ

ｏｆｔｈｅｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ｄｙｎａｍｉｃｓｙｓｔｅｍｏｎｐｌａｎｅ。ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄＲｅｍｏｔｅＣｏｎｔｒｏｌ·２００１．６２（９）ｌ

１４２８－１４３２

【１５４ＪＰｕｋｈｌｉｋｏｖ＾．ｖｔＤ／ｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ

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ｃｏｎｔｒｏｌｎ嘲ｙ，Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ

ＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎｄＭｏｄｅｌｉｎｇ。２００ｌ，１３（１）ｌ８１一１０５

【１５５】Ｐｅｒｅｓｔｙｕｋ，ＮＡａｎｄ

Ｃｈｃｍｉｋｏｖａ，Ｏ．Ｓｔ

Ｏｎ

ｔｈｅ

ｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ｏｆｉｎｖａｒｉａｎｔｓｅｔｓｏｆｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ｄｙｎａｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ，Ｕｋｒａｉｎｉａｎ

ＭａｔｈｅｍｍｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌ．２００ｌ，５３．（Ｉ）；９１－９８

１１５６１ＰｒｅｄｍｇＰｅ］ｏｖｉｃａｎｄ

Ｄｒａｇａｎ

Ｍａｋｓｉｍｏｖｉｃ，Ａｎ

ａｌｇｏｒｉｔｉｎｎ

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ｉｎｃｌｕｄｅｅｌｅｍｏｎｔｗｉｔｈｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，Ⅱ呢ＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ∞ｃｉｒｃｕｉｔｓａｎｄ

ｓｙｓｔｃｍｓ－－Ｉ：Ｆｕｎｄａｒａｅｍａｌｔｈｅｏｒｙ

ａｎｄ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，１９９６，４３（６）ｌ

４５３－４６０

［１５７］ＡｊｏｙＯｐａｌ

ａｎｄＪｉｆｉ

Ｖｌａｃｈ，Ａｎａｌｙｓｉｓ

ａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｌｉｎｅａｒｎｅｔｗｏｒｋｓ－１ＥＥＥ

ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｉｒｃｏｉｔａｎｄ

Ｓｙｓｔｅｍ。１９８９，

３６（４）ｌ５２２－５３２

［１５ｓ］ＡｍｉｔＰａｔｒａａｎｄＧａｎｔｉＰｒａｓａｄａ，Ｇｅｎｅｒａｌ

ｈｙｂｒｉｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｉｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｓｏｎ９５ｐｏｔｅｎｔｉａｌ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ，ＣｏｎｔｒｏｌＴｈｅｏｒｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ＩＥＥＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＤ，１９８９，１３６

（４）＃１５７．１６３

Ｕ５９】Ａ．Ｍ．Ａ．Ｈａｎｓｈｎ，Ｍ．Ａ．ＮａｙｆｅｈａｎｄＡ．Ｈ．Ｎｓｙｆｅｈ，

Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｏｆａｓｉｎｇｌｅ

－ｍａｃｈｉｎｅ－ｑｕｅ．ｓｉ－ｉｎｆｉｎｉｔｅ－ｂｍｈａｒ

ｓｙｓｔｅｍ，Ｓｏｕｔｈｅｕｓｔｃｏｎ’９０．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，ＩＥＥＥ．１９９０·ｌ

１４０－１４４

［１６０１

ＡｔｋｉｍｏｎＣＰ．ＴＡｓｋｅｔｔＢ，Ａ

ｓｔｕｄｙ

ｏｆｔｈｅ

ｎｏｎｌｉｎｅａｒｌｙ

ｒｅｌａｔｅｄｍｏｄｅｌｓｏｌｕｔｉｏｎ

ｏｆｃｏｕｐｌｅｄ

ｎ伽ｆｉｎｅ耵

ｓｙｓｔｅｍｂｙｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓ，１９６５，３２：３５９·３６４

［１６１１ＲａｎｄＲ

Ｈ。Ｐａｋ

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Ｈ，Ｖａｋａｋｉｓ

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Ａｃｔａｍｅｃｌｕｍｉｃａ，ｌ鯽２，３ｌ１２９．１４５

【１６２】ＶａｋａｋｉｓＡ

Ｆ，Ｒａｎｄ

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ｎｏｎｌｉｎｅａｒ

ｓｙｓｔｅｍＩＩ，Ｌｏｗｅｎｅｒｇｉｅｓ，ＩｎｔｃｍａｔｉｏｎａｌｊｏｎｍａｌｏｆＮｏｎｌｉｎｃａｒＭｅｃｈａｎｉｃｓ，１９９２，２７：８６１－８７４

［１６３ｌ吳志強(qiáng)，陳予恕，畢勤勝，非線性模態(tài)的分類與新的求解方法，力學(xué)學(xué)報，１９９６，２８（３）：

博士后出站報告

２９８～３０７

ｆ１６４】Ａｎｄｒｏｎｏｖ，Ａ＾ｔＶｉ峨＾．Ａ

ａｎｄ

Ｋｈｍ＇ｋｉｎ，Ｓ．Ｅ，Ｔｈｅｏｒｙ

ｏｆｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ，Ｎｅｗ

Ｙｏｒｋ；Ｄｏｖｃｌ－

Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ．１９８７

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動因家重點實驗室

第二幸寄生蠅聽寬系統(tǒng)生物犖特性

第二章寄生蠅聽覺系統(tǒng)生物學(xué)特性

２．１引言

動物在處理身邊感知的各種信息特別是需要定位或移動時，一個重要的任務(wù)便是確定

某一特定的激勵是來自何方．如果要對一個聲源的方位進(jìn)行判斷，他們的雙耳首先需要能

感受到聲場的激勵，并且同時能夠充分利用聲音到達(dá)雙耳時由于聲程差所造成的強(qiáng)度和時

間上的微小差異，而其判別聲音方向的能力的大小亦取決于對這種細(xì)微差異的感測能力．

對那些相對較大型的動物來說，與所接收到的聲波波長相比，其雙耳之問的距離已大到足

夠其中樞神經(jīng)系統(tǒng)對上述差異作出反應(yīng)。但對那些雙耳的距離遠(yuǎn)小于所接收到的聲波波長

的小型動物來說．這種聲音在強(qiáng)度和到達(dá)時間上的差異卻是極其微小的．因此，許多這類

的動物都具備一種在聲激勵到達(dá)聽覺接受細(xì)胞之前先對這種微小差異進(jìn)行放大的有效機(jī)制

ｒ１］．

動物的聽覺系統(tǒng)在處理這種耳間差異信息的方式上不盡相同．通常他們有一對盡可能

分開的耳朵，當(dāng)聲壓作用在每只耳朵的耳膜上時。其聲音感受器官將發(fā)生變形，并將這種

機(jī)械作用轉(zhuǎn)換成神經(jīng)感應(yīng)信號．大多數(shù)動物特別是那些哺乳動物的兩只耳朵是完全相互隔

離的，因此他們的每只耳朵也就僅僅起著接受外界聲音對耳膜激勵的簡單聲壓接受器的作

用．

然而，對于那些體型較小又需要對聲源進(jìn)行定位的小型動物來說，由于他們的耳間距

離非常小，通常很難明顯感覺出聲音到達(dá)兩耳時的差異．對于這類動物，人們發(fā)現(xiàn)他們的

每只耳朵實際上是受到了來自身體兩側(cè)的聲壓的共同作用．這種相互作用產(chǎn)生的凈壓將導(dǎo)

致離聲源較遠(yuǎn)的（或稱對側(cè)的，ｃｏｎｔ｜ｔａｌａｔｅｒａｌ）那只耳朵產(chǎn)生較小的反應(yīng)，而離聲源較近

的（或稱同側(cè)的，ｉｐｓｉｌａｔｅｒａｌ）那只耳朵產(chǎn)生較大的反應(yīng)［２－５］．此外，這種相互作用還

能夠增加耳間有效距離，從而延長了聲音到達(dá)兩耳時的時問差．

迄今為至的生物學(xué)研究表明，同側(cè)與對側(cè)聲壓之間的相互作用，在絕大多數(shù)情況下是

通過某一充滿氣體的通道（例如一根連接身體兩側(cè)的氣管）來實現(xiàn)的。但是，還存在另一

類小型動物，由于其兩耳之間距離過小，為了獲得這種相互作用的效應(yīng)，他們不是通過氣

管而是通過一角質(zhì)皮膜結(jié)構(gòu)直接將兩耳的耳膜連接起來．這種作用機(jī)制較之于其他的依靠

氣體來產(chǎn)生耳間聲學(xué)連接的小型動物有著較大的區(qū)別，因為在這里其耳聞的連接是通過角

質(zhì)皮膜結(jié)構(gòu)形成的一種直接的機(jī)械連接（或機(jī)械耦合）．一種以其敏銳的方向感而著稱的寄

生蠅（Ｏｒｍｉａｏｃｈｒａｃｅａ）便具有這種結(jié)構(gòu)．

從已有的報道來看，共有七個目的昆蟲具有聽覺器官，他們分別是：雙翅目、鞘翅目、

網(wǎng)翅目、同翅目、鱗翅目、脈翅目和直翅目。與其他目的昆蟲相比較，雙翅目的昆蟲的聽

覺器官是為了尋找寄主，而直翅目、同翅目的昆蟲是為了種內(nèi)交流，鱗翅目、脈翅目和網(wǎng)

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室２ｌ

博士后出Ｊ＆ｉｌｔｔ－

翅目的昆蟲是為了躲避掠食者．

奧米亞寄生蠅屬昆蟲綱雙翅目寄蠅科，雌蟲在寄主體內(nèi)產(chǎn)卵或幼蟲鉆入寄主體內(nèi)取食．

寄主多為鱗翅目幼蟲和蛹，鞘翅目幼蟲和成蟲．寄生蠅尋找寄主的方式不盡相同，主要是

通過視覺或嗅覺．但有一種特殊的寄生蠅是通過聽覺來尋找寄主的，這種寄生蠅就是

Ｏｒｍｉｎｉｉ族寄生蠅。

為了繁殖，雌性寄生蠅必須找到一個寄主，作為他們幼蟲的食物來源．大多數(shù)寄蠅通過

視覺或嗅覺尋找它們的寄主【ｌＪ，將它們的卵或幼蟲放到寄主身上或寄主附近甚至直接放入

寄主體內(nèi)．因此，對合適寄主的探測和精確定位成為雌性寄生蠅繁殖的重要部分印Ｊ．Ｃａｄｅｔ４］、

Ｍａｒｉｇｏｌｄ［５］、Ｗａｌｋｅｒｌ６］和Ｒｏｂｅｒｔｅｔａ１．啊等人發(fā)現(xiàn)奧米亞屬的寄生蠅通過聽覺來尋找夜間嗚叫

的昆蟲作為寄主．研究表明，這種特殊的聽覺系統(tǒng)只見于雙翅目寄蠅科奧米亞（Ｏｒｍｉｉｎｉ）

屬的寄生蠅，寄蠅科別的屬是通過觸角來接收聽覺信號．對奧米亞寄生蠅來說，具有敏銳

的聽力可以使之更容易找到寄主，從而具有繁殖優(yōu)勢．因此具有有敏銳的聽力器官可能是

競爭壓力導(dǎo)致的進(jìn)化結(jié)果，否則在夜間活動時很難通過視覺或嗅覺找到寄主。

本章首先介紹寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，對Ｏｒｍｉｎｉｉ族寄蠅聽覺器官的特點加以介紹，

并與非Ｏｒｍｉｎｉｉ族寄蠅的聽覺器官進(jìn)行了對比．然后介紹其生物力學(xué)特性，為以后章節(jié)的展

開奠定基礎(chǔ)．

２．２寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)理論研究

２．２．１寄生蠅聽覺系統(tǒng)

圖２．１寄生蠅Ｏｒｍ／ａｏｃｈｒａｃｅａ結(jié)構(gòu)和聽覺系統(tǒng)簡圖

Ａ．外形結(jié)果示意圖Ｂ．頭部移去后的聽覺器官簡圖

上海交通大學(xué)機(jī)械系純與振動田家重點實驗室

第二幸寄生蠅聽完蠹純生物學(xué)特性

圖２－２寄生蠅Ｏｒｍ／ａ∞ｈ口ｏ∞頭部（＾）及聽覺器官（Ｂ）顯徽圈

寄生蠅的聽覺系統(tǒng)位于其前胸腹側(cè)，在頭部正下方的前胸表面和兩只前髓的基節(jié)（Ｃｏ）

之問，見圖ｌ（圖中。Ｈ”和“Ｎ”分別表示頭部和頸部）．兩片十分顯眼的角質(zhì)薄膜作為其

聽覺系統(tǒng)的耳膜（ＩｒＩＭ）左右對稱地布置在前胸腹扳上．在它的相對寬大的前胸腹腔內(nèi)，

有一對聽覺器官（球狀聽神經(jīng)）通過表皮內(nèi)突（一種較硬的角質(zhì)棒狀組織）分別與兩塊耳

膜在耳窩（ＴＰ）處相連，耳窩處產(chǎn)生的變形便通過表皮內(nèi)突傳遞到球狀聽神經(jīng)上。與此同

時，兩個耳窩又分別通過兩根稱為鼓膜膜問橋的角質(zhì)皮層結(jié)構(gòu)在前胸的中心樞突（ｐｉｖｏｔ）

處彼此相連．

２．２．２奧米亞寄生蠅與非奧米亞寄生蠅聽覺器官對比

ＲｏｂｅｒｔＩｓｌ對同屬奧米亞的寄生蠅和不屬于奧米亞的寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比

較．他研究了四種寄生蠅，其中三種屬于奧米亞族，分別為：Ｏｒｍ／ａｏｃｈｒａｃｅａ，Ｏｒｍｉａ

ｄｅｐｌｅｔａ

和Ｏｒｍｉａｄｏｍｉｎｉｃａｎａ，一種不屬于奧米亞族為Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ．他首先將活的或用酒

精保存的樣本解剖，同時用藍(lán)色的亞甲基染色劑進(jìn)行染色以提高表皮、肌肉和神經(jīng)組織的

對比度．去頭之后，將樣本空氣干燥，然后用掃描電子顯微鏡（掃描電鏡ｓＥＭ）掃描．

Ｏｒｍｉｉｎｅ族的寄生蠅聽覺器官占據(jù)了其前胸腹的大部分空間，其鼓膜向兩邊延伸占據(jù)了

７０％一８０％的前胸腹空間．在沒有鼓膜的寄生蠅中．其解剖學(xué)上與Ｏｍｄｉｎｅ族寄生蠅同源

的前胸腹膜只占其前胸腹大約５０％的空間．奧米亞寄生蠅的胸骨柄顯示了同樣的膨脹，大

約三倍于沒有鼓膜的寄生蠅。

奧米亞寄生蠅的鼓膜具有顯著的形態(tài)學(xué)特征，其兩片鼓膜非常接近，靠近中線，并且

通過不成對的骨片一脾骨柄跨過中線相連。而通常昆蟲的鼓膜在身體的兩側(cè)、胸腔、腹部

或前胸腿部位【９】。鼓膜如此近的現(xiàn)象在昆蟲中并不多見．這種現(xiàn)象只在蟬的聽覺系統(tǒng)鼓膜

中出現(xiàn)過。蟬的鼓膜在腹側(cè)而且距離非常近【１０１．通常昆蟲的鼓膜表面光滑而且各向同性，

而奧米亞寄生蠅的鼓膜不光滑、具有放射性的皺褶。但是不同的寄生蠅其皺褶的程度并不

相同。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動圖家重點實驗室

１．士后出站報考

圈２．３四種不同寄生蠅聽覺系統(tǒng)顯徽圖＾Ｏ慨缸ｏｃｈｒａｃｅａＢ．Ｏｒｍｌａ，卻ｌｅｔａＣ．Ｏｒｍｉａｄｏｍｉｎｔｃａｎａ

Ｄ．Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓ

ｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ．其中聊為前脯腹膜舾啊時枷ｍ鋤ｂｆｔｎｃ）·ＭＭ為前胸扳鼓膜曲啊咖ｌ蜘甲刪

ｍ哪婦柚ｃ）ｔ帕為前基腹片舾曲翻砌ｎ姍），Ｐｒ為前腹片細(xì)矗懈咖ｍｈＣｏ為基節(jié)‘喇呻·ｃｓｃ為頸部骨片（ａｘｖｉ叫∞ｌｍｔｅ）·

比飼尺大小ｌ２００朋·

圖２－３顯示了四種不同寄生蠅聽覺系統(tǒng)顯微鏡結(jié)構(gòu)圖．其中圖４Ａ、Ｂ、Ｃ都屬于奧米亞

寄生蠅。Ｄ為不屬于奧米亞的寄生蠅．從研究對比中。Ｒｏｂｅｒｔｌ８］總結(jié)出奧米亞寄生蠅聽覺系

統(tǒng)的四個顯著特點：

Ｌ前基腹片伊ｂ）

奧米亞寄生蠅的前基腹板，從前腿基節(jié)處（Ｃｏ）組成－－個剛性的表皮突起，一對鼓膜從

前基腹片和前腹片Ｏｒ）邊緣處側(cè)向延伸出去．很明顯奧米亞寄生蠅的前基腹片非常大，從

腹外側(cè)延伸蓋住了前腿基節(jié)。而且向前延伸給前胸腹區(qū)域提供了更大的空問．奧米亞寄生

蠅的前基腹片還有一個向外的突起以給鼓膜提供剛性的外緣。在Ｏｒｍｉａ

ｄｏｍｉｎｉｃａｎａ，前基腹

片垂直中間有一個向內(nèi)凹陷的折痕，而在其他兩種奧米亞寄生蠅上沒有見到，但這條折痕

沒有與中隔膜相連，它的前胸氣室是完全相通的．非奧米亞類的寄生蠅的前基腹片向內(nèi)凹

陷，尤其在腹側(cè)尤為明顯，并且在前基腹片的側(cè)面出現(xiàn)了奧米亞蠅沒有的剛毛．前基腹片

沒有剛毛是確認(rèn)奧米亞族寄生蠅的一個重要的分類學(xué)特征１９’ｌｑ。

ｂ．鼓膜（１’ｒＭ或ＰＭ）

對奧米亞寄蠅來說，鼓起的前基腹片和鼓膜組成了前胸氣室的前壁，而前胸氣室里有

聽覺感應(yīng)器官【１１１。奧米亞寄生蠅的兩對鼓膜橫跨了前胞。延伸到了前腿基節(jié)處．麗非奧米

亞寄生蠅的鼓膜沒有延伸到前腿基節(jié)處，只位于前腿基節(jié)、前胸腹板和前胸前側(cè)片之間·

奧米亞寄蠅的鼓膜比非奧米亞蠅的鼓膜延伸了１．７－２．１倍，寬度大了１．１５倍，面積大了大約

２４上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動罔家重點實驗室

第二幸寄生蠅聽覺ｊ｜統(tǒng)生物學(xué)特性

５．６倍．臭米亞寄生蠅的鼓膜有從表皮內(nèi)突處成放射狀的皺褶，這大大增加了它的表面積．

奧米亞寄生蠅的鼓膜室由非常薄的表皮組成，有大約１微米厚。非奧米亞寄生蠅的鼓膜大

約８到ｌＯ微米厚。

ｃ．鼓膜膜間橋

奧米亞寄生蠅的胸骨柄由叉狀橋形結(jié)構(gòu)的角質(zhì)皮層結(jié)構(gòu)組成，因此被命名為鼓膜膜間

橋。鼓膜膜間橋在前胸的中心樞突處彼此相連，中心樞突是聽覺感應(yīng)器官與鼓膜膜問橋的

連接點，鼓膜膜間橋顯示了奧米亞寄生蠅與其他寄生蠅在形態(tài)學(xué)上的顯著區(qū)別，使其在聲

源定位方面起到了重要的作用．與非奧米亞寄生蠅相比，奧米亞寄生蠅的胸骨柄明顯要寬．

奧米亞寄生蠅的占了前胸腹寬度的１９％－－２２％，而非奧米亞寄生蠅的胸骨柄只占了其前胸

腹寬度的９％．Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ寄生蠅的胸骨柄呈鞍形，沒有向兩邊延伸．

圖２＿４雌雄奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對比圖

Ａ．雌性Ｏ．ｄｅｐｌｅｔａＢ．雄性Ｏ．ｄｅｐｌｅｔａ

Ｃ．雌性ＭｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅＤ．雄性Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ．其

中其中ＰＭ為前胸腹膜Ｏｎ，ｓｔｅｒｎａ／ｍｅｍｂｒａｎｅ），ＰＴＭ為前胸腹鼓膜（ｐｒｏｓｔｅｒｎａｌ加，ｎｐａｎａｌｍｅｍｂｒａｎｅ），Ｐｂ

為前基腹片（ｐｒｏｂａｓｉｍｔｅｒｎｕｍ），Ｃ８ｃ為頸部骨片（ｃｅｒｖｉｃａｌｓｃｌｅｒｉｔｅ）．比例尺大小：２００１０ｎ·

ｄ．雌雄二態(tài)性

圖２．４Ａ、Ｂ是雌性Ｏｒｍｉａ

ｄｅＮｅｔａ和雄性ＯｒｍｉａｄｅｐｌｅｔａｎＪｉ＝覺系統(tǒng)顯微圖。無論是雌性還

是雄性奧米亞寄生蠅都具有聽覺器剖１１１，雌雄都呈現(xiàn)出了其族所特有的結(jié)構(gòu)即雌性和雄性

都表現(xiàn)出的與聽覺感應(yīng)有關(guān)的前胸腹板的變化。雌性和雄性胸骨柄的大小差別不大，但雌

性的前基腹片和鼓膜，尤其是鼓膜，都比雄性的大。圖５Ｃ、Ｄ是雌性Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａ

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博士后出站報告

和雄性．Ａｌｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａ聽覺系統(tǒng)顯微圖．對非奧米亞寄生蠅來說，在其前胸腹部位并

沒有觀察到此種雌雄二態(tài)性．Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ寄生蠅的前胸腹膜、胸骨柄和前基腹

片在形狀和大小上十分相似，基本沒有差別。

聽覺器官上的雌雄二態(tài)性在昆蟲中并不多見，但在某些鱗翅目、網(wǎng)翅目、直翅且和同

翅目的昆蟲中有過報道。在雙翅目中只有有膜的寄蠅才有此雌雄二態(tài)性．只有雌性的奧米

皿寄生蠅才對寄主的叫聲頻率（約５ｋＨｚ）敏感，而雄性寄生蠅對更高頻率的叫聲（大約

ｌＯｌｄ４ｚ）敏感。雄性寄生蠅的聽覺可能與躲避空中捕食者（探測蝙蝠生物聲納）或探測求愛

信號．但到目前為止，奧米亞寄生蠅的這種種內(nèi)求愛信號還沒有觀察到，在寄蠅科中也未

見報道．

這種雌雄二態(tài)性并不止限于與聽覺功能直接相關(guān)的表皮結(jié)構(gòu)上，附連的表皮結(jié)構(gòu)如頸

片也是二態(tài)性的。但是與前面前胸腹板的特點相反，雄性的頸片比雌性的更大，也比非奧

米亞寄生蠅的頸片大．Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ寄生蠅的頸片沒有這種二態(tài)性。

從已有文獻(xiàn)來看，奧米亞寄生蠅與別的寄生蠅相比，不止是前胸腹聽覺器官不相同，

其內(nèi)部器官也有差別。主要有以下幾處：

（１）前胸內(nèi)部解剖。前胸氣室通過與中胸氣孔相連的角狀氣管和外面相通，前基腹片

組成了前脾氣室的腹部邊界．非奧米亞寄生蠅的前基腹片和前胸氣室明顯很小．非奧米亞

寄生蠅的前胸氣囊也與中胸氣管相連，但只是通過一個非常細(xì)小的管道，在Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓ

ｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ寄生蠅的橫截面上幾乎看不到．奧米亞寄生蠅的感音器官一球狀聽神經(jīng)位于未

分離的前脾氣室．從解剖學(xué)上來說，前胸氣室由擴(kuò)大的未分離的前胸氣囊組成，前胸氣囊

包圍著感音器官．所以這兩個聽覺感應(yīng)器官共同位于充滿氣體的氣室中，彼此相距不足

５００ｒａｎ．Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ寄生蠅在前胸腹也有感音器官，但是位于前胸腹的側(cè)面氣

囊中．與奧米亞寄生蠅相比。最顯著的區(qū)別是它的感音器官不是完全被前胸氣囊圍繞，而

是位于氣囊的側(cè)面，被頸部的肌肉和淋巴圍繞．奧米亞寄生蠅中對應(yīng)的肌肉重量減小，更

多的位于腹部，這使前胸氣囊可以向腹部延伸，從而使感音器官從其他組織中分離出來．

（２）前胸突起．在所研究的四種寄生蠅中，感音器官的后部都與前胸突起的中間相連．

前胸突起是一對內(nèi)骨骼表皮結(jié)構(gòu)，從前基腹片后部邊緣沿背腹向腹壁延伸．它為前胸和中

胸肌肉提供了一個堅實的連接．在有膜的寄生蠅中，研究顯示前胸突起顯著變大，橫跨了

內(nèi)腔的面積．但是，只有Ｏｒｍ／ａｏｃｈｒａｃｅａ和Ｏｒｍｉａｄｅｐｌｅｔａ分岔的中問突起。這些改變顯示

了Ｏｒｍｉａ

ｄｏｍｉｎｉｃａｎａ的中間突起介于Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ和Ｏｒｍｉａｏｃｈｒａｃｅａ、Ｏｒｍｉａ

ｄｅｐｌｅｔａ之問．只有Ｍｙｉｏｐｈａｒｕｓｄｏｒｙｐｈｏｒａｅ的頸部肌肉直接和突起的中空部分相連．奧米亞

寄生蠅中這些結(jié)構(gòu)的改變使頸部肌肉向中間和腹部嵌入的更深，為前胸氣室提供了更大的

空間。

（３）弦音器官．三種有膜寄生蠅的球狀聽神經(jīng)的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)基本相同．在橫截面上，

感音器官呈現(xiàn)出典型的弦音細(xì)胞結(jié)構(gòu)，這在其他昆蟲中的聽覺器官中也可以見到［１４，１習(xí)．

（４）氣孔和氣管系統(tǒng)．三種奧米亞寄生蠅的中胸氣孔比非奧米亞寄生蠅的大１．５到２．２

倍，這個加大的中胸氣孔是前胸氣管系統(tǒng)的一部分．三種奧米亞寄生蠅的前胸氣管系統(tǒng)也

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摹二幸寄生蠅聽黨摹統(tǒng)生物擘特性

發(fā)生了變化，變得更大，與聽覺器官的膜的存在有關(guān)系．將中胸氣孔連接到前胸氣囊的導(dǎo)

管的結(jié)構(gòu)在不同種的寄生蠅間并不相同．奧米亞寄生蠅背腹的氣管呈角形，從頸部氣管分

支直接進(jìn)入前胸氣囊。但是這些氣管導(dǎo)管的分支現(xiàn)象在不同的奧米亞寄生蠅之間是不同的。

中胸氣孔腔分支到不同的氣管導(dǎo)管。在腔的腹部區(qū)域，一個分支到前胸側(cè)腔，其他的分支

到頸部氣管（ｃＴ）和背腹氣管（ＤＶａ３。對Ｏｒｍｉａ

ｏｃｈｒａｃｅａ和Ｏｒｍｉａ

ｄｅｐｌｅｔａ寄生蠅來說，其

頸部氣管（ｃＴ）和背腹氣管（ＯＶａ３在腔的后面被一公共氣管壁部分分隔．Ｏｒｍｉａｄｏｍｉｎｉｃａｎａ

的頸部氣管（ｃＴ）和背腹氣管（ＯＶａ３在前胸腹氣囊與背腹氣管連接處之前一點分隔。

概括起來，三種奧米亞寄生蠅具有以下幾點特征：

（１）前基腹片異常膨大，為寬大的鼓膜提供了堅硬的支撐；

（２）很薄且?guī)О欛薜墓哪ぜ哟罅饲靶馗鼓さ谋砻娣e；

（３）又狀、寬大的前胸骨柄通過耳窩與神經(jīng)器官相連ｇ

（４）未被分割的氣室；

（５）堅硬的表皮內(nèi)突將感音器官連接到前胸骨柄上；

（６）頸片尺寸減小；

（７）腹部骨突結(jié)構(gòu)調(diào)整．

２－３寄生蠅聽覺感應(yīng)系統(tǒng)的聲學(xué)特性

由前面對奧米亞寄生蠅的解剖結(jié)果得知。此寄生蠅有一對特殊的鼓膜膜間橋，這對鼓

膜膜問橋在寄生蠅的聽覺系統(tǒng)中扮演了一個十分重要的角色．與大多數(shù)動物的耳朵不同，

奧米亞寄生蠅的左、右兩個聲感應(yīng)器官并未產(chǎn)生物理意義上的分隔，而是同處于一個充滿

氣體的腔室內(nèi)，彼此相隔僅４５０／ａｎ～５２０／ａｍ，而其整個聽覺器官的跨度僅有大約１．５ｍｍ

左右．在這個尺度下，聲波從其兩片耳膜的一端傳到另一端只需不到４１ｔｍ的時間。如此短

的聲壓入射時差，通常情況下根本不足以讓動物的方向信息神經(jīng)編碼系統(tǒng)做出可靠的反應(yīng)，

然而寄生蠅卻是一個例外。而且其定位的能力還非常的出色．研究表明，為了繁殖后代，

懷孕的雌性寄生蠅必須準(zhǔn)確地將其幼蟲放置在它們的特定寄主一活的野生蟋蟀的身上嗍，

這些幼蟲成年之前將終日以蟋蟀為口糧．由于雌性寄生蠅是在夜間尋找它們的寄主的，因

此，蟋蟀尋求交配時所發(fā)出的叫聲便是這些寄生蠅唯一的聽覺線索ｔ６Ⅱ１６１１１７１１博１．蟋蟀叫聲的

頻率非常單一，其峰值頻率約為５．０ＫＨｚ（相應(yīng)的聲波波長約為７ｃｍ），這種波長與寄生蠅

昕覺器官在幾何尺度上的嚴(yán)重失配，導(dǎo)致聲音到達(dá)寄生蠅聽覺器官時的強(qiáng)度、時間上的差

異及其微小．從以上的研究可以發(fā)現(xiàn)，奧米亞寄生蠅的特殊結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒓捌湮⑿〉膹?qiáng)度和

時間差擴(kuò)大。奧米亞寄生蠅正是憑借其獨(dú)特的聽覺感應(yīng)系統(tǒng)，準(zhǔn)確地判斷出蟋蚌所處的確

切位置。

２．３．１寄生蠅聽覺感應(yīng)系統(tǒng)的實驗方法及設(shè)備

Ｍｉｌｅｓｅｔａｌｌｌ９１、Ｒｏｂｅｒｔｅｔａｌｔ２１和Ｍａｓｏｎｌ２０］等人對Ｏｒｍｉａｏｃｈｒａｃｅａ寄生蠅進(jìn)行了研究。他們

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博士后出站報考

先將寄生蠅冷凍麻醉，其頭部已在事先通過冷凍麻醉后的手術(shù)移去以便耳膜可被激光照射

到，用蠟將寄生蠅固定在實驗臺上．移去頭部把鼓膜暴露在激光束下。鼓膜的振動通過非接

觸式高精度（納米級）激光測振系統(tǒng)進(jìn)行測試．激光探頭固定在一個可精確移動定位的臺

架上．來自聲發(fā)生器的信號經(jīng)放大后驅(qū)動高頻揚(yáng)聲器發(fā)聲，一支微型聲探頭被安置在盡可

能靠近蠅耳但又不會對聲場產(chǎn)生干擾的地方來測量到達(dá)蠅耳的聲壓．所有激勵和測試到的

信號都被輸入一臺微機(jī)進(jìn)行分析．為了減少地面振動等不利因素帶來的影響，激光探頭、

揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)以及寄生蠅都固定在同一個防振工作臺上．實驗時通過改變聲音的強(qiáng)度、

頻率和方位來研究蠅耳的響應(yīng)．

２．３．２寄生蠅聽覺為應(yīng)系統(tǒng)的聲學(xué)特性

圖２－５為臭米亞寄生蠅在ｌＯ毫秒脈沖激勵下頻率與聽闊曲線圈，從圖可以看出，寄生

蠅對高頻聲反映比較遲鈍，在５ｋＩ－Ｉｚ－１０ｋＨｚ附近有一個低谷，是聽覺最敏感區(qū)。有實驗表明：

雌性寄生蠅對５ｋＨｚ左右的聲音較為敏感，而雄性寄生蠅則對１０ｋＨｚ的聲音敏感。

圖２－６、２－７為Ｏｓｈｉｌｌｓｂ瞄】得到的寄生蠅聽覺器官傳導(dǎo)神經(jīng)對激勵頻率的生理學(xué)響應(yīng)圖

和聽閾曲線圈。圖２－８為Ｍｉｌｅｓ［搠、Ｐｏｂｅ一８】用ｌ－－２５ｋＨｚｌ∈ｌ噪聲激勵、由激光測振儀測到的

鼓膜位移（由分貝表示）與頻率的關(guān)系．對比圖２－７、圖２－８可以發(fā)現(xiàn)寄生蠅的神經(jīng)調(diào)諧曲

線與鼓膜的機(jī)械調(diào)諧曲線很接近．說明鼓膜的振動直接反映就是聽覺器官的振動，他們是

機(jī)械耦合的．

●

伯ｆ＜州ｄ侶

∞篇

圖２－５奧米亞寄生蠅頻率與聽閥曲線圖

５

１０

Ｉ，∞

笛

ｆｏｔｚ）

·伸ｆ（Ⅻｚ嚴(yán)∞蕾

圖２－６頻率與傳導(dǎo)神經(jīng)數(shù)量關(guān)系的直方圖

５１０侶∞笱

圖２－７神經(jīng)傳導(dǎo)閥值曲線圖圖２－８鼓膜位移與頻率關(guān)系圖

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量誓．乏毫童

一號ｖ

善曼薯ｌ

摹二幸寄生置聽覺不純生物拳特性

圈２－９傳導(dǎo)神經(jīng)的調(diào)諧曲線田（ＢＦ＜１０ｋＨｚ）圈２．ＩＯ傳導(dǎo)神經(jīng)的調(diào)諧曲線圈（ＢＦ＞１０ｋＨｚ）

圖２·ｌｌ同側(cè)耳蝸（１ｐｓｉｌａｔｅｒａｌＰｉｔ），對側(cè)耳蝸（ＣｏｎｒｔａｌａｔｅｒａｌＰｉｔ）．樞軸（ＰｉｖｏｔＰｏｉｎ０、表皮（Ｃｕｔｉｃｌｅ）位移與

頻率關(guān)系圖

圖２．１Ｉ為同側(cè)耳蝸、對側(cè)耳蝸、樞軸表皮（Ｃｕｔｉｃｌｅ）位移與頻率關(guān)系圖。從圖中可以看

出，在頻率大約５ｋＨｚ時，近聲源（同側(cè)）耳蝸的響應(yīng)比遠(yuǎn)離聲源（對側(cè)）耳蝸的響應(yīng)大

２０ｄＢ．這個差異與兩耳蝸的距離相比要大得多，因為兩耳蝸的距離僅為５ｋＨｚ頻率聲波長

的１／２００．這個差別不是由聲場的不均勻引起的，而是由結(jié)構(gòu)的特性導(dǎo)致的．由不具有特殊

膜間橋結(jié)構(gòu)的寄生蠅做同樣的實驗則沒有此差異．研究還表明，奧米亞寄生蠅的雙耳具有

對稱性，即當(dāng)聲源旋轉(zhuǎn)到另一側(cè)時，同側(cè)和對側(cè)的位置也交換．從圖中還可以看出樞軸和

表皮處的響應(yīng)要小得多而且不是很明顯的隨頻率變化．由此可以得出：對臭米亞寄生蠅來

說，在耳蝸及鼓膜處對頻率響應(yīng)明顯，而在樞軸和表皮處的響應(yīng)小．

在頻率大約為２ｋＨｚ時，兩耳的振幅和相位相同，而在６ｋＨｚ時卻以相反的相位振動，

在大于１５ｋＨｚ時。同側(cè)的振幅明顯大于對側(cè)的．實驗還證明了同側(cè)和對側(cè)之間的機(jī)械耦合

作用．如果兩側(cè)是沒有耦合的，測不到明顯的耳間差．類似的耦合結(jié)構(gòu)在蟬的身上也能找

到ｆ１蚣”．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國李重點實驗室

｛仕后出站報告

曩酬ｑ

ｈｕｅｍ姆（ｄＢ）

圈２－１２岡■與對舅不同教肪強(qiáng)度的響應(yīng)時問

圈２·１２為同側(cè)與對側(cè)對不同激勵強(qiáng)度的響應(yīng)時問．從圖中可以看出，不管是同側(cè)還是

對側(cè)，隨著聲強(qiáng)級的增大，反應(yīng)時間都會縮短。在同一聲強(qiáng)級時，同側(cè)和對側(cè)的反應(yīng)時間

不相同，出現(xiàn)了時間差．這個時間差是由于對側(cè)鼓膜對聲音激勵的位移響應(yīng)幅值減小造成

的。

Ｃ◇∥

５１０＇■

２０墨

田２－１３傳導(dǎo)神經(jīng)的平均調(diào)諧曲線（實線．左邊坐標(biāo)）與測量得到的膜位移（ａＢ線，右邊坐標(biāo)）對

比圖

圖２－１３傳導(dǎo)神經(jīng)的平均調(diào)諧曲線與測量得到的膜位移的對比顯示，傳導(dǎo)神經(jīng)在最佳頻率

閾值之上且?guī)挸^３ｄＢ時，最佳頻率的比率為２．６，膜的為１．９．可見傳導(dǎo)神經(jīng)的最佳頻

率比高于膜的。

ｏｓｌｌｉｎｓ噦硐從神經(jīng)解剖學(xué)及神經(jīng)生理學(xué)的角度對奧米亞寄生蠅的聽覺神經(jīng)進(jìn)行了聲學(xué)

特性研究．它通過對寄生蠅的傳入神經(jīng)給予長或短的聲音脈沖激勵來觀察它的反應(yīng)．奧米

亞寄生蠅在ｌＯ毫秒脈沖激勵下對高頻聲反映比較遲鈍，其聽閥曲線上５ｋＨｚ－１０ｋＨｚ附近有

一個低谷，是聽覺最敏感區(qū)．不管是同側(cè)還是對側(cè)，隨著聲強(qiáng)級的增大，反應(yīng)時間都會縮

短．在同一聲強(qiáng)級時，同側(cè)和對側(cè)的反應(yīng)時間不相同，出現(xiàn)了時間差．這個時間差是由于

對側(cè)鼓膜對聲音激勵的位移響應(yīng)幅值減小造成的．

由于鼓膜膜間橋在奧米亞寄生蠅的聽覺系統(tǒng)中是一個比較重要的結(jié)構(gòu)，因此對于寄生

蠅聽覺感應(yīng)系統(tǒng)的生物力學(xué)性狀大部分的研究圍繞著它進(jìn)行，但是鼓膜、前基腹片、前腹

片等也是寄生蠅聽覺系統(tǒng)的重要部分，而且是區(qū)別于其他沒有類似聽覺系統(tǒng)的寄生蠅的重

要特征。它們對寄生蠅的聽覺系統(tǒng)的影響有沒有影響，影響到底有多大，還有待研究。

３０上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室

摹二幸寄生蠅聽蕘不統(tǒng)生物季特性

２．５本章小結(jié)

本章首先介紹了奧米亞寄生蠅特殊的聽覺系統(tǒng)，給出了其聽覺解剖系統(tǒng)的顯微圖，對

寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了詳細(xì)地討論。指出了奧米亞寄生蠅與其他非屬奧米

亞寄生蠅的四個顯著區(qū)別及其他特征：通過對奧米亞寄生蠅聲感應(yīng)定位系統(tǒng)聲學(xué)特性的研

究，找到了其聽覺最敏感區(qū)，確定了其進(jìn)行聽覺定位的關(guān)鍵器官一鼓膜膜間橋和鼓膜，為

下一步建立力學(xué)模型提供理論依據(jù)．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動目家重點實驗室３ｌ

博士后出站瓤告

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Ｂｒａｎｃｈ

ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＣａｎａｄａ．Ｍｏｎｏｇｒ

２８，ｖｏｌ２，ｐｐｌ

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【１３］ＲｏｂｅｒｔＤ’Ｒｅａｄ眥ＨｏｙＲＲ１９９４ａＴｈｅ

ｔｙｍｐａｎａｌ

ｈｅａｒｉｎｇ

ｏｒｇａｎ

ｏｆｔｈｅ

ｐａｒａｓｉｔｏｉｄｆｌｙ

Ｏｒｍｍｏｃｈｒａｃｅａ

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３２

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第三幸裹米王寄生蠅聽乞樂純力擘模型

第三章奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)力學(xué)模型

３．１引言

一般情況下，動物要對一個聲源的方位進(jìn)行判斷，他們的雙耳首先需要能感受到聲場

的激勵，并且同時能夠充分利用聲音到達(dá)雙耳時由于聲程差所造成的強(qiáng)度和時間上的微小

差異．對那些相對較大型的動物來說，與所接收到的聲波波長相比，其雙耳之間的距離已

大到足夠其中樞神經(jīng)系統(tǒng)對上述差異作出反應(yīng)．但對Ｏｔｍｉｎｉｉ族寄生蠅來說。這種聲音在強(qiáng)

度和到達(dá)時間上的差異卻是極微小的．不過。通過上一章的研究發(fā)現(xiàn)，奧米亞寄生蠅具備

一種在聲激勵到達(dá)聽覺接受細(xì)胞之前先對這種微小差異進(jìn)行放大的有效機(jī)制。奧米亞寄生

蠅胸部的耳膜中間有一道橫隔膜相連，聲波在傳至耳鼓時這道隔膜也會前后振動，使耳膜

產(chǎn)生不同步地振動，這就使奧米亞寄生蠅身體兩側(cè)的聲壓相互作用而產(chǎn)生掙壓，凈壓將導(dǎo)

致離聲源較遠(yuǎn)的那只耳朵產(chǎn)生較小的反應(yīng)，而離聲源較近的那只耳朵產(chǎn)生較大的反應(yīng)．寄

生蠅的神經(jīng)系統(tǒng)會計算出兩個耳朵的壓力差．并發(fā)信號給艦肉以作出反應(yīng)．臭米亞寄生蠅

能在５０毫秒內(nèi)完成計算，這種速度比人類快１０００倍．而且不論聲源來自何方，奧米亞寄

生蠅都會很快調(diào)整方向以正對蟋蟀（奧米亞寄生蠅的寄主），它甚至能察覺２度的變化．不

僅如此，這種相互作用還能夠增加耳問有效距離，從而延長了聲音到達(dá)兩耳時的時間差．

Ｏｓｈｉｎｓ姆閉、Ｒｏｂｅｒｔ【ｓＪ和ＫｏＭｅｒ［ｇｌ等人從生理學(xué)、組織學(xué)、解剖學(xué)等方面對奧米亞寄生

蠅的聽覺系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對奧米亞寄生蠅聽覺器官的一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力學(xué)特性方面的探

討。并在此基礎(chǔ)上建立了進(jìn)行聲源定位的線性力學(xué)模型。并用實驗進(jìn)行了驗證．實驗表明．

模型在對聲音的響應(yīng)的預(yù)測上有誤差，尤其當(dāng)頻率較高時誤差更大．隨后。Ｒｏｂｅｒｔｅｔ“ｌｏ】對

模型進(jìn)行了修正，由于寄生蠅的后鼓膜空氣室未被劃分成獨(dú)立的氣室，他假設(shè)了一種壓力

差接收系統(tǒng)（ｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ∞ｃｅｉｖ盯ｓｙａｅｍ）的存在（他做這種假設(shè)的原因是其他有鼓

膜聽覺系統(tǒng)的昆蟲如蟬也有未被分割的鼓膜空氣室，而且已經(jīng)證明有壓力差接收系統(tǒng)

”Ｉ，“１）．聲壓作用到鼓膜時鼓膜會產(chǎn)生振動，當(dāng)聲音通過鼓膜后的空氣傳播時，鼓膜后的空

氣經(jīng)歷了被壓縮和變稀薄的過程。此時，耳室變得又小又硬足以看成一個彈簧．他假設(shè)彈

簧的作用對寄生蠅進(jìn)行聲源定位也起一定的作用，所以在原有的力學(xué)模型的基礎(chǔ)上加了一

個彈簧ｋｉ，并用新的模型進(jìn)行了一系列實驗。但實驗表明：壓力差接收系統(tǒng)雖然存在，但

奧米亞寄生蠅并不是通過壓力差接收系統(tǒng)進(jìn)行聲源定位。

Ｎｏｂｕｔａｋａｏｎｏｆ”１基于奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)的特點設(shè)計了一種能進(jìn)行聲源定位的微型

傳感器一萬向振動膜。傳感器由內(nèi)梁、外梁、環(huán)、中心區(qū)和振動膜區(qū)組成。當(dāng)中心區(qū)固定

時，傳感器有三個振型。當(dāng)施加一個扭矩時，內(nèi)粱和外梁的扭轉(zhuǎn)可以使振動膜區(qū)傾向任意

一個方向，膜兩邊則反相振動。當(dāng)受到聲壓作用時，環(huán)會變形．膜的所有邊緣會同相振動．

他們對此模型進(jìn)行了實驗，證明萬向振動膜可以感應(yīng)微小的聲音分量并可以確定聲源位置．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－３３－

博士后出站報告

但是由理論結(jié)果和實驗結(jié)果的對比來看，還存在一定誤差．

由于鼓膜膜間橋結(jié)構(gòu)是寄生蠅聽覺系統(tǒng)中一個重要的結(jié)構(gòu)，對于寄生蠅聽覺系統(tǒng)力學(xué)

性狀的研究大多圍繞著它進(jìn)行，但目前基于鼓膜膜間橋結(jié)構(gòu)所建的模型都不十分理想．因

為沒有考慮鼓膜的影響、材料的非線性等，使模型在高頻時誤差較大．基于此，本文提出

了描述寄生蠅聽覺系統(tǒng)機(jī)理的非線性模型，得出了其隨聲源激勵的頻率和角度變化的規(guī)律，

并用現(xiàn)有實驗結(jié)果進(jìn)行驗證，最終確定了一種在能準(zhǔn)確描述寄生蠅定位機(jī)理的非線性模型．

本研究的目的在于。通過建立能準(zhǔn)確描述寄生蠅聽覺系統(tǒng)力學(xué)性狀的模型，全面揭示其定

位機(jī)制，為今后進(jìn)行高精度微型仿生聲學(xué)產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)．

３．２力學(xué)模型

３．２．１力學(xué)模型

機(jī)械●再寺

聽競抻經(jīng)聽童神經(jīng)

圖３－ｌ寄生蠅聽覺器官解剖圖．其中Ｆｎｌ（ｐｒｏｓｔｅｒｎａｌ圈３＿２寄生蠅聽覺定位系統(tǒng)機(jī)理簡圖

ｔｙｍｐａｎａｌｍＪｂｒａｒＬｅ）為前胸腹鼓膜，Ｐｂ（ｐｒｏｂａｓｉｓｔｅｒｎｕｍ）

為前基腹片．Ｆｒ（ｐｒｅｓｔｅｒｍｍ）為前腹片，Ｃｏ（ｃｏｘａ）為基節(jié)，

Ｎ（Ｎｅｃｋ）為頸部．

寄生蠅的一對聽覺器官（球狀聽神經(jīng)）通過表皮內(nèi)突分別與兩塊耳膜在耳窩（ＴＰ）

處相連，耳窩處產(chǎn)生的變形便通過表皮內(nèi)突傳遞到球狀聽神經(jīng)上．與此同時，兩個耳窩又

分別通過兩根鼓膜膜間橋在前胸的中心樞突（ｐｉｖｏｔ）處彼此相連。當(dāng)聲音作用到鼓膜時使

鼓膜產(chǎn)生振動（圖３－２），鼓膜膜間橋通過機(jī)械耦合作用放大鼓膜的振動。并且通過與鼓膜

相連的表皮內(nèi)突和球狀聽神經(jīng)傳遞到寄生蠅的聽覺神經(jīng)．在以上寄生蠅聽覺系統(tǒng)聲源定位

機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了寄生蠅聽覺系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型如圖３－３所示．

圖３．３寄生蠅聽覺系統(tǒng)力學(xué)模型

圖３－３的模型將寄生蠅聽覺系統(tǒng)與鼓膜相連的前腹片視為兩段剛粱，中間用具有剛度

－３４－上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國謇重點實驗童

摹三幸臭來王寄生蠅聽ｔ不統(tǒng)力擘模型

和阻尼的鼓膜膜問橋相連，將鼓膜、鼓膜間橋、與鼓膜相連的表皮內(nèi)突、球狀聽神經(jīng)及聽

覺器官的質(zhì)量考慮成兩個集中質(zhì)量ｍｌ和ｍ２，并用彈簧和阻尼與粱相連．考慮到如鼓膜的形

狀及與鼓膜有關(guān)的聲響應(yīng)、前基腹片的形狀、剛性等的影響，將剛度、阻尼等考慮成非線

性．其中阻尼、剛度的非線性形式是未知的．按生物力學(xué)的觀劇１４１。若某組織的本構(gòu)方程

式為已知，則該組織的性能即為已知．而材料的本構(gòu)方程式只能根據(jù)實驗確定．當(dāng)本構(gòu)方

程式?jīng)]有確定時，研究生物的非線性，可以從最有一般性的公式出發(fā)，通過實驗修正來逐

步具體化，以導(dǎo)出合適的方程式．根據(jù)這個思路，我們給出如下一般化的非線性方程：

＾葺＋他＋與ｋ＋‘毛＋（一＋瑪埔＋瑪南＋０ｊ＋《）寸＋‘Ｗ＋（“＋“）礦＋鸕．ｊ，－石Ｏ）

，１．ｎ

鴨是＋鉑＋代＋與ｋ＋瑪ｊＩ＋如＋一心＋毛¨＋暇＋‘ｌ¨＋“ｒ＋０４＋“璉。－ｆ，（ｆ）

其中，ｍｌ和啦分別為圖中位置１、２的集中質(zhì)量，ｋＩ為與集中質(zhì)Ｉｍｌ相連的彈簧的剛度。ｂ

為與集中質(zhì)量ｍ２相連的彈簧的剛度，Ａ為與集中質(zhì)量ｍＩ相連的阻尼的系數(shù)，鸕為與集中質(zhì)

量ｍ２相連的阻尼的系數(shù)，ｋ３和鸕分別為如圖位置３連接兩段剛梁的彈簧剛度和阻尼系數(shù)，‘、

‘和‘分別為位置１、２、３處非線性彈簧剛度，丘、正和厶分別為位置１、２、３處非線性

阻尼系數(shù)，Ｉ＜＾≤３，Ｉ‘ｍ‘３．設(shè)

ｆｔ（０＝ｓｅ＂ｎＰ（，，正（，，Ｉ礦７膽刪

其中ｒ為任意聲音從１位置傳遞到２位置的時問。ｊ為兩片鼓膜的表面積

ｔ＝ｏ．２８８×１０。Ｉｎ３．Ａｔ）為作用在位置３的力．為計算方程（３－１）的傳遞函數(shù)，首先將方程

（３．１）變換為如下形式：

ｌ＾＝ｘｊ｛耄：二＾一。＾一馳一屯‘一ｑⅣ一口ⅡＦ一屯。彳一島＾．＋ｚ，啊（３－２）Ｉ南Ｉ—吒＾一·ｂ‘一＾毛一屯‘一ｑ．而。一‘ｋＦ一屯ｌ】ｒ一島｝‘。＋Ｚ，”～

ｌ置ｌ—ｑ＾一島‘一吐氣一以‘一ａ２Ｉ＾。一％ｘ２＂一吐ｔｘｊ＂一九‘。＋五＂／ｍ．ｊ

ｑ＝警嗎＝魯７＾＝半島ｔ等

４＝薏４＝警”警轤等％卅＇ｍ％島－＝業(yè)ｆｆｌ，６ｌ：；絲ｉｎ，吐．；魯九ｚ必ｉｎ，＾Ｌ

將方程（３－２）寫成矩陣形式：

ｉ＝ＡＩ＋口＋Ｃ

苴申．

０

Ｉ

一６２

一以

０

０

矗：Ｉ五

Ｊ，１．

五

ｍ２

Ｃ互

。；生量

鴨

屯。生噬“

鴨

０

Ｏ

１。ｒ一％Ｆ一島。ｒ一＾ｔ礦

—嗎ｌ玉。一％Ｆ一４ｌ而。一４２】ｒ

（３．３）

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動回家重點實驗室

量鴨玉鴨

鏟

％

，。吐叫

ｏ

ｏ

１鳴

ｏ

ｏ，１

博士后出站報告

由文獻(xiàn)【１５】給出的方法可以作出方程（３．３）的各階傳遞函數(shù)如下．

將Ｖｏｌｔｅｎ－ｒａ級數(shù)

＾２毒～‘２毒ｈ代入（３．３），令（３－３）式兩邊一階輸出分量相等，可得“１“代入（３．），令式兩邊一階輸出分量相等，可得

毛＝∑ｈ‘＝∑ｈ

Ｏ

０ｉＩｌ嗍＋陪

五

＾

則有置“）＝（＾，一Ａ）－‘

Ｏ

０

卯ｈｎ

鞏

卵由“２

鴨

Ｐ“），則一階傳遞函數(shù)為：

馴＝哿＝（ＩＩ，“廣

０

Ｏ

髓ｐｎ

批

Ｉｆ“ｆ１

鴨

二階傳遞函數(shù)：

令（３－３）式兩邊二階輸出分量相等，可得

心

‘ｚ“礦ｌ吶。而？一島：‘？

【叫．ｏ－ａ，。毛．’

對上式進(jìn)行二階變換有“＋Ｊ２）Ｅ“，毛）；峨“，毛）＋ｓ

其中：

噸，五。“）以．也）一ｋＬ“）Ｘ４－瓴）

ｑ．置。“）五。也）一吐：‘．“）ｔ。弛＇

即爿２瓴，屯）＝【“＋ｓ２）Ｉ－Ａ］－Ｉ．ｓ

則二階傳遞函數(shù)為：也＝業(yè)ｖｆｓ，）ｖ（ｓ２）

（３．４）

（３．５）

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室

年三幸真米王專生蠅聽￡承境力學(xué)模型二…Ｍ訓(xùn)一∥睦簍

三階傳遞函數(shù)：

令（３）式兩邊三階輸出分量相等。可得

窿

ｔ，“Ｉ，＋１１＾？一啪？一＾霜一＾砧ＬＩ．．。ｊ…＝ｄ…’ｄ…ｘ

對上式進(jìn)行三階變換有

（ａｌ－Ｉ－ｓｚ＋毛）置（＾，屯，毛）＝碼（＾，屯，毛）＋Ｓ

其中：

Ｏ

０

ｓ＝ｌ－ａ，ｊｒ，．“＇‘。瓴＇‘。“＇一％五。“＇如饑ｌ置－“）—＾．五．“風(fēng)也４邑．乜）一吼－“ｌ‘。瓴＇‘－“）

—嗎．五．“ｌ五一（毛Ｉ墨－“，一％五ｌ（，Ｉ＇五－也）如也）

一。“瓴）‘．也飆“）一砧‘－“ｌ‘·瓴ｍ（Ｊ，）

ｌｌｐ五０ｉ。Ｊ２，南）＝Ｉ“＋毛＋毛），一盯’ｄ

則三階傳遞函數(shù)為

馬啉剮＝高焉恚

其中：五“，ｓ２）＝【瓴＋屯），一一ｒｌ

Ｏ

Ｏ

（３．６）

一ｑ．五。“）五．也）．墨．瓴）一ｑ：五．瓴）五－瓴）五－瓴）

咱。五。（＾ｌ墨．也）墨．也）一島：五。“）五。也）五－也）

－ａ２。五．“）五，也）五．魄）一％五－“）ｊｒ２－也）五一也）

一４．五。瓴）碼。瓴）墨。如）一面：五．幽）五。瓴）五－ｂ）

３．２．２非線性模型特性分析

由ｎ、Ⅲ取不同數(shù)值可以得出以下四種不同模型：

１．ｎ＝ｉ塒＝２；２．ｎ＝Ｚ肌＝２；３．一＝ｉ腳＝３；４．刀＝Ｚｍ＝３·

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－３７．

＊士后出站報魯

在作出具體傳遞函數(shù)之前必須先確定系統(tǒng)參數(shù)．經(jīng)解剖學(xué)【¨１研究表明，寄生蠅聽覺系

統(tǒng)里，感覺器官比其他器官的質(zhì)量都要集中。所以模型中的集中質(zhì)量主要取感覺器官的質(zhì)

量·首先測量感覺器官的體積，然后假設(shè)其密度與水的相等，然后算出其質(zhì)量

瑪＝鴨＝２．８８ｘ１０－”·模型１、２位置的剛度及阻尼由文獻(xiàn)【４】給出，分別為：位置１和２的

剛度毛＝屯＝Ｏ．５７６Ｎ／ｍ，位置３的剛度毛＝５．１８Ｎ／ｍ．位置ｌ和２的阻尼

ｃＩ＝ｃ２＝１．１５ｘ１０＂４Ｎｓ／ｍ，位置３的剛度ｃ３＝２．８８×１０４Ｎｓ／ｍ．

由以上給出的傳遞函數(shù)，代入數(shù)據(jù)可以得到不同模型下的傳遞函數(shù)曲線圖（由于四種

模型的傳遞函數(shù)圖畫在一起容易混亂，所以將模型ｌ與２放在圖３，模型３與４放在圖４）．

啊３．－４模型ｌ和２的傳遞函數(shù)豳（其中實線

田，．５模型３和４的傳遞置教圈（其中實線

為模型Ｉ得出的傳遞函敷圈，虛線為模型２

為模型３得出的傳遞函教田．虐線為模型４

得出的傳遞函數(shù)田）

得出的傳遞函數(shù)圈）

由圖３．４，圖３－５可以看出，不論哪種模型，髓著激勵頻率的變化，兩耳問的強(qiáng)度差也

發(fā)生變化，在７ｋＨｚ－１５ｋＨｚ區(qū)域強(qiáng)度差明顯增大．但在７ｋＨｚ，１５ｋＨｚ區(qū)域，模型ｌ的響應(yīng)

強(qiáng)度差比模型２、３、４大．

喜

喜

喜

Ｆｎｅｃｌｍｅｎｃｙｒ（ｋＨ對

圖３－６模型ｌ同側(cè)、對側(cè)時間延遲隨頻率變化

模型ｌ的同側(cè)、對側(cè)時間延遲隨頻率變化見圖３－６．由圖可以看出．同側(cè)與對側(cè)的時間

延遲了５０微秒左右，在ｌＯｋ｝Ｌ卜１５ｋ舭的頻率范圍內(nèi)有一個高峰，幅值達(dá)到７５微秒．與激

勵聲源的２銣【４】的時問延遲相比，放大了很多倍．模型２、３、４的同側(cè)、對側(cè)時間延遲隨

頻率變

司刪ｚ

叫—，岫ｔｔ．ａｔ。

畫出。

聲膏與寄中蠅蹙巍袖的哭角‘度）

－３８－上海交逼大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田謇重點實驗室

隸ｖ掣稚避ｆ

摹三幸臭柬重寄生蠅聽覺摹境力學(xué)模型

宣

彘

√

摧

型

疆

釜

霍

聲灝與寄生蠅幔ｄ軸的吏ｍ‘虛＇

主

§

鍘

菩

翅

蓄

聲豫與寄生蠅蹙矗軸的災(zāi)角‘度）

圈３－７不同角度對兩耳強(qiáng)度差的影響

圖３．７為四種模型隨聲源的不同角度兩耳問強(qiáng)度差的變化．由圖可以看出，不論哪種

模型。在低頻（２ｋＨｚ）時強(qiáng)度差基本不隨角度變化而變化，隨著頻率升高。強(qiáng)度差也隨之

增大．兩耳強(qiáng)度差在零度時差基本為零，在：／：９００時達(dá)到最大．其中模型１、２和３的變化曲線在２ｋ唧６ｋＩｋ基本一致。模型４與前三種模型差別較大．當(dāng)激勵頻率到１０ｋＩ＇Ｉｚ時，

不同模型有較大差別．模型１和３的響應(yīng)強(qiáng)度差隨聲源角度的變化比模型２和４的變化要

大。當(dāng)頻率到１５ｋＨｚ時，模型２、３、４與模型１有明顯差別，其響應(yīng)強(qiáng)度差隨角度變化與

模型ｌ相反。

３．２．３實驗對比

ＭｉｌｅｓⅢ等人對０ｒｍｉａ寄生蠅傲了實驗，得出了寄生蠅的聽覺系統(tǒng)的傳遞函數(shù)曲線和時

間延遲曲線．

Ｆ呻＿叼，ｒ‘廿喲

圖３．８模型ｌ傳遞函數(shù)與實驗曲線對比圖

ＦＩｑ㈣ｒ㈣

圖３－ｌＯ模型３傳遞函數(shù)與實驗曲線對比圖

ｎ·甲１０＿一叮ｒ０ＩＩ時

圖３－９模型２傳遞函數(shù)與實驗曲線對比圖

ｆ∞■＿ｈ節(jié)ｒ《ｋ№，

圖３．１ｌ模型４傳遞函數(shù)與實驗曲線對比圖

由圖３．７￣３．１０可以看出，在大于５ｋＩ－Ｉｚ的頻率范圍內(nèi)，模型ｌ與實驗結(jié)果吻合的很好，

但在低于５ｋＨｚ的范圍則不太理想。模型２、３、４的傳遞函數(shù)在大于７ｋＨｚ后與實驗結(jié)果在

趨勢上比較一致，但在數(shù)值上有差別，其中模型２數(shù)值上較為接近。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

傅士后出＾目ｌ舌

爭畸…－－Ｅ鼬１ｐｅｒ。‘Ｐｌ

詈如卜ｍ√—噙琉＝二‘ｊ

．８ｌ１童ｏＬ＿；——ｆ—ｆ『——責(zé)———去

圖３－１２隨頻率交化．同側(cè)．對側(cè)時簡延遲曲線（其中點線為理論曲線，曲折線為實驗鹽線）

圖３．１２是隨頻率變化同側(cè)與對側(cè)時間延遲曲線，由圖可以看出由非線性模型得到的理

論曲線與實驗曲線非常一致．ｉ再了———］垂：Ｐｒ——］ｉ￡—型到——百ｌｏ—１廣＿—１ｒ——Ｔ——１Ｆ＿——譬一

謇·Ｌ１ｒ——ｉｒ＿——１———再———茸一

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馨“可］廣苜］ｒ下１ｒ可１一

圈３－１３兩耳強(qiáng)度差隨不同角度變化的理論與實驗曲線對比圈

圖３一１３為模型ｌ在不同頻率時，隨聲源角度變化耳間強(qiáng)度差與實驗曲線的對比．由圖

可以看出，模型ｌ的理論曲線在不同頻率時都與實驗曲線吻合的很好．由前面圖３－７可知．

模型２、３、４在低頻時的理論曲線與模型１基本一致，但隨頻率升高，與模型１差別越大，

由此也可得出：模型２、３、４的理論曲線隨頻率升高與實驗曲線的誤差越大．

由以上分析可以得出，無論那種模型，在較大頻率范圍（１ｋＨｚ～２５ｋＨｚ）內(nèi)無法完全

正確的描述寄生蠅的聽覺定位機(jī)理，但模型ｌ在大于５ｋＨｚ的頻率范圍內(nèi)與實驗結(jié)果非常吻

合，說明在此范圍內(nèi)。模型Ｉ可以描述寄生蠅的聽覺定位機(jī)理。

３．２．４與線性模型的對比

令方程（３一１）中ｍ印及ｎ＝０，方程變?yōu)橐粋€線性方程組，則非線性模型變?yōu)榫€性模型。

我們將線性模型和非線性模型對比如下。

Ｆｎ即ｅ，ａｃｙｆ６．１．１ｚ｝

圈３一１８不同模型兩耳間強(qiáng)度差的理論與實驗對比圖．其中實線為由非線性模型１得到的理論曲線，虛

線為由線性模型得到的理論曲線，折線為實驗曲線．‘

從圖中可以看出，由線性模型得到的理論曲線與實驗曲線吻合的較好，非線性模型只

在大于５ｋＨｚ時與實驗結(jié)果吻合。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田謇重點實驗室

第三幸兵未重寄生蠅聽寬最純力學(xué)模型ｉ—ｌ孔＝：——一刻葛甭。三蘭摯ｌ

＾ｑ．Ｉ．ｒ蛔‘‘嘲ｔ‘啦，雌’

＾■ｋ一■■＿∞‘■－口

；臣二習(xí)二｝＝＝＝＝＝＝＝歲∥—一＝器＝Ｉ

．●Ｌ——－－·－—－—ＪＬ－—－—‘－－—·Ｊ—－－—Ｊ－－－－＿Ｌ——－－·－－一

”盞ｋｏｆ鼬ｋ《腳品”

圖３．１９兩耳強(qiáng)度差隨激勵角度變化的理論與實驗對比圖．左圖為非線性模塑Ｉ，右圖為線性模型

隨著激勵角度的變化，線性模型與非線性模型的兩耳問強(qiáng)度差都發(fā)生變化，都隨著頻

率的增大而增大．在頻率為２ｋＨｚ時。兩種模型兩耳問強(qiáng)度差隨激勵角度變化的規(guī)律與實驗

結(jié)果相吻合．隨著激勵頻率增大，線性模型出現(xiàn)了誤差．在激勵頻率為６ｋＨｚ時，隨激勵角

度的增大，線性模型出現(xiàn)了一些誤差，在激勵頻率為１５ｋＨｚ時，隨激勵角度的增大，線性

模型的誤差進(jìn)一步增大．相反，非線性模型ｌ在垃ｏ．～士４００時出現(xiàn)交大誤差．

Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｄ＇ｌｚ）

圈３－２０兩耳問時間延遲隨激勵頻率變化的曲線．其中菱形線為由非線性模型得到的理論曲線，虛

線為由線性模型得到的理論曲線．折線為實驗曲線。

由圖３．２０可以看出，無論線性還是非線性模型得到的曲線都與實驗曲線吻合的很好．

非線性模型和線性模型相比，有更好的精確度．

由以上分析可以看出，已有的模型，無論是線性還是非線性，都存在缺陷。對線性模

型來說。其對低頻的預(yù)測比較準(zhǔn)確，但隨頻率升高誤差也加大。對非線性模型來說，其對

高頻的預(yù)測比較精確，但在頻率小于５ｌ【｝Ｉｚ時則出現(xiàn)誤差．本文所建立的非線性模型對兩耳

強(qiáng)度差的預(yù)測比較精確，同時對時間延遲及對角度的響應(yīng)的預(yù)測上都有很高的精確性。

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

雷旮一。口暑仁

膏士后出站瓤告

３．３模型的修正

３．３．１修正后的模型

由前面的分析可以看出，已有的模型，無論是線性還是非線性，都存在缺陷。所以本

節(jié)對已建立的非線性模型進(jìn)行修正．通過研究，前基腹片和前腹片對寄生蠅聽覺系統(tǒng)的影

響可忽略。只考慮鼓膜對系統(tǒng)影響，所以前面的非線性模型可以變?yōu)椋?/p>

一置＋騙＋＾ｈ＋ｉ＾＋鴝＋鸕鶿＋鸕毛＋‘：？＝．ｆ，ｆｔ’（３．７）

。ｔｌ是＋Ｉ＾＋（與＋＾，）弓＋一毫＋（瑪＋／ｆｉ）毛＋量搿ｌ五Ｏ）

由前蕊求非線性傳遞函數(shù)的方法。可以得到修正后摸墅的傳遞函數(shù)如下：

將方程（３－７）寫成矩陣形式：

ｉｔＡｘ＋Ｂ＋Ｃ（３－８）

其中：

０

１

一屯

一‘

０

０

五

ｍＩ

正

●一

，也

Ｃ＝

０

０

１Ⅳ一％Ｆ一＾Ⅳ一屯。礦

－ａａｘ‘。一嗎２毛。一焉ＩＪｒ一—Ｂ】曠

將Ｖｏｌｔｅｎｒａ級數(shù)

＾。∑～

毛ｚ∑ｂ

：：代入（３·８），令（３·８）式兩邊一階輸出分量相等·可得

毛＝∑ｈ‘＝∑ｈ

ｈ●

貝０有置（＾）＝（ＪＩ，一Ａ）－１

０

Ｏ輪“．＋悟

０

０

船加，２

眺

ｓｆｏ’｜１

Ｊ也

五

●一

用ｌ

Ｐ瓴）。一階傳遞函數(shù)為：

．４２．上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動固謇重點實驗室

。ｏ噸■

ｏ

ｏ飛吩

ｏ

ｏ

１．｜ｒ

摹三章臭來王寄生蠅聽耄不純力擘模型

吶）＝等＝（ｓｌＩ－Ａ）－Ｉ

二階傳遞函數(shù)：

令（３－８）式兩邊二階輸出分量相等，可得

毛＝』ｂ＋

對上式進(jìn)行二階變換有

（毛＋ｓ２）ｘ２（１ｌ，ｓ２）＝ＡＸ２（＾。屯）＋Ｓ

其中：

即

則二階傳遞函數(shù)為：

Ｏ

Ｏ

Ｏ

Ｏ

５一“２

朋·

胛山‘，ｉ

鴨

噸丙？一６Ｉ而Ｉ，

—峨。毛ｌ，一九‘Ｉ，扣ｋ：

．砭“。屯）＝【（毛＋屯），一－ｒ。·Ｓ

其中：五（＾，屯）＝【Ｏ。＋屯Ｖ一彳ｒ

０

Ｏ

吼＝篙薔

－口。五．瓴）五．也）一４。：五．（＾）五．也）

也。五。瓴）五。（ｓＤ一６Ｉ：五．“）五－也）

－－ａ２．五。“Ⅸ。也）一４丑五－“）也ｔ（ｓＯ

—嘎，五．“）蜀．也）一‘：置．瓴）以－瓴）

（３·１０）

（３－１１）

（３－１∞

３．３．２修正后模型特性分析

由以上給出的傳遞函數(shù)，代入數(shù)據(jù)可以得到傳遞函數(shù)曲線圖、時間延遲曲線及響應(yīng)強(qiáng)

度差、時間延遲隨激勵角度變化的曲線（圖３．１４到３－１７）．由圖可以看出，理論曲線和實

驗曲線在所研究的頻率和角度范圍內(nèi)均吻合的很好，說明此修正后的模型能很好的描述寄

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

叫３－

＊士后出站報告

生蠅聲感應(yīng)定位機(jī)理．

ｈｑＩ蜘斜ｆ（ｋ喲

圖３．１４修正后的模型兩耳傳遞函數(shù)隨激勵頻率變化與實驗對比曲線圖

陽刪ｆ岬對

圖３．１５修正后模型時間延遲曲線

＾－—ｔ一■●●－瞄‘啦刪

壅

＾＿一．ｒ■ｊ●—＿∞咿哪

圖３．１６激勵角度對響應(yīng)差的影響

＾耐ｔ—ｈ岫如■ｏ

圖３．１７激勵角度對時間延遲的的影響

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動圓家重點實驗室

第三章臭未王寄生蠅聽乞景境力學(xué)模型

３．３本章小結(jié)

本章首先在在上一章研究寄生蠅聽覺定位機(jī)理的基礎(chǔ)上，考慮生物材料的非線性建立

了四種非線性模型。作出了其傳遞函數(shù)，對不同的模型進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與實驗結(jié)果進(jìn)

行了對比．結(jié)果顯示，只有非線性動力學(xué)模型ｌ在一定的頻率范圍內(nèi)能很好的反應(yīng)寄生蠅

的聽覺定位機(jī)理，超過這個范圍則預(yù)測不精確．接著，通過考慮鼓膜振動影響建立了修正

后的力學(xué)模型，并對模型在不同激勵情況下的響應(yīng)差和時間延遲進(jìn)行了研究．研究結(jié)果表

明，修正后非線性模型能很好的描述寄生蠅的聽覺定位機(jī)理．與線性模型相比，本章所建

立的非線性模型對兩耳強(qiáng)度差的預(yù)測比較稽確，同時對時間延遲及對角度的響應(yīng)的預(yù)測上

都有很高的精確性．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

，仕后出玷報考

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—４６＿上海戈遺尢軍禮械糸鞏與非勸困簪Ｉ點．卉攔互

第四幸寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型動力擘特性研完

第四章寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型動力學(xué)特性研究

４．１引言

第三章詳細(xì)介紹了以寄生蠅聽覺定位機(jī)理為基礎(chǔ)建立的非線性模型，對模型進(jìn)行了理

論分析，并與現(xiàn)有實驗進(jìn)行了對比．從對比的結(jié)果來看，第三章所建立的非線性模型無論

是對激勵頻率的響應(yīng)差的預(yù)測還是時問延遲及對激勵角度的響應(yīng)上都有很高的精確度．尤

其對高頻時激勵角度響應(yīng)的預(yù)測上比已有的線性模型更為精確．本章將針對上一章所建立

的非線性模型，進(jìn)行更為深入的研究．全面揭示其定位機(jī)制，對于人們進(jìn)一步了解和認(rèn)知

自然界的一些重要現(xiàn)象與規(guī)律有十分重要的理論意義．

４．２方程無量綱化推導(dǎo)

由于方程中系統(tǒng)參數(shù)比較多，各參數(shù)之間數(shù)量級差別較大，直接進(jìn)行研冤不僅麻煩而

且容易導(dǎo)致誤差，為方便起見，對第三章方程（３－７）進(jìn)行無量綱化處理．

方程中第三章所建立的非線性模型為：

啊置＋他＋與ｈ＋與而＋（一＋鸕墉＋鵬＋‘砰２Ｚ（ｆ）

“．１）

朋ｂ是＋與而＋（屯＋毛）屯＋盧誦＋（鸕＋瑪）南＋毛＇ｘ２２＝五（ｆ）

由于寄生蠅聽覺系統(tǒng)具有對稱性．所以有ｍ；＝ｍ２．ｋｔ＝ｋ２，一＝鸕，《＝‘。丘＝丘，鵒＇ｍ，－－－ｍ２

＝ｍ，ｋｊ＝ｋ２＝ｋ，＾＝鸕＝／ａ，‘＝‘－暑ｆ，丘ｚ正ｚ∥，則方程可以變?yōu)椋?/p>

峭＋忙＋與ｋ＋毛而＋似＋鸕）毫＋鸕是＋如２＝Ｐ∞《耐＋蘭釉

‘件．２）

肌如＋與‘＋（七＋與）毛＋鸕ｊＩ＋似＋鸕）南＋七ｋ２＝Ｐｃｏｓ（ｄｏｔ一＿ＯＪｒ習(xí)。

設(shè)：

＾＝明，ｘｚ＝ａＹｚ，ｔ＝盧ｆ（４－３）

可得：

魚；口亟：竺璺，生：口亟：！亟（４．４）

ｍｍ８ａｆｄｔｄｔ８ｄｔ

同理：

萬ｄ２ｘｌ＝歹ｏｔ萬ｄＺｙｊ，萬ｄ２ｘ２＝拳萬ｄ２ｙ２（４－５）

令：

一＝魯“＝魯，訂＝務(wù)，西＝務(wù)（４呦

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－＇４７＂－

博士后出站報告

等只＋口他＋與¨＋鷗ｎ＋；∽＋鸕溉＋芳鸕兜＋和２ｙ１２：Ｐｃｏｓ（砂＋孚）似７１

等莧＋毗Ｍ們（七ｌ＋毛挑＋茜Ｍ＋芳∽＋鸕耽＋∥乃２廿ｃｏｓ（緲一爭

化簡得：只＋盟竽咒＋警兒＋譬竽舅＋譬兜＋譬序等ｅｏｓ（ｃａｐｒ＋爭脅ｍ加朋歷，，Ⅺ‘魏＋等咒＋等等乃＋ｍ腳ｙ’，＋等學(xué)島＋譬班等一一爭

令。小姓ｍ抄１鰳＝辰川＝半㈤

可得無量綱化方程為：橢＋去髓＋學(xué)歷＋魯辱ｗ。南吒ｆ一陸∞

兌＋去…＋魯歷＋學(xué)西＋礦ｋｌ＂１南吒卜爭

４．３模型振動特性分析

圖４．１位置Ｉ、２隨時間的振動特性

圖４．２位置Ｉ、２隨時間振動的相位差

圖４．１給出了位置１、２隨時間的變化規(guī)律，由圖可以看出，兩個位置的振幅出現(xiàn)了明

－４８一上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動固享重點實驗塵

第四幸寄生蠅聽耄蠹純模型動力學(xué)特性研究

顯的差別．由圖４－２顯示了兩位置問相位差的存在，這證明了時間延遲的存在，通過計算

時間延遲為７５蘆，比激勵的微小時間延遲２．５腳放大了２０倍。圖¨給出了位置ｌ和２的

振幅隨激勵頻率變化的規(guī)律及兩個位置的振幅差隨激勵頻率變化的規(guī)律．由圖可以看出，

隨著激勵頻率的變化，各位置的振幅也發(fā)生變化．對于位置１，振幅先上升，達(dá)到一個峰

值后隨頻率增加而減小。對于位置２，振幅先減小然后增加．所以振幅差在無量綱頻率為

０．９（對應(yīng)的頻率為７ｋＨｚ）時達(dá)到最大，而且其最大值倍放大了很多倍。

翻知“ｈｔｎｑｔ＊．ｅｙ

（８）

＆ｈ＿ｈｑＭ

（ｃ）·

鲴４－３振幅隨激勵頻率變化規(guī)律（其中激勵頻率和振幅差均為無量綱量）

＾ｎｇＩｃｏｆｉｎｃ／ｄｅｍｍｅａｄ（ｄｅｇｒｅｅ）

圖４．４振幅隨激勵角度變化規(guī)律（其中振幅差為無量綱量）

圖４．４顯示了振幅差隨激勵角度變化的規(guī)律．在角度為零時，振幅差為零。在角度為

４＂９００時振幅達(dá)到最大，說明寄生蠅在激勵角度為±９００時最敏感．由圖４也可以看出，當(dāng)

頻率逐漸增大時，振幅差也隨之增大，到達(dá)±９０。時差別更大，說明頻率越高，寄生蠅聽覺

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗宣

重．量

—

＿１．士后出站報告

系統(tǒng)的敏感度也越高．

４．４系統(tǒng)參數(shù)的影響

圖４－５～４－８研究系統(tǒng)參數(shù)變化對系統(tǒng)響應(yīng)的影響．圖４．５給出了不同頻率下兩耳傳遞

函數(shù)隨系統(tǒng)剛度ｋｌ變化的規(guī)律。由圖可以看出，隨剛度的增加，兩耳間傳遞函數(shù)差增大，

在達(dá)到最大值后下降，隨剛度迸一步增大．耳問傳遞函數(shù)差趨于零。圖４．６為位置３剛度

ｂ變化對傳遞函數(shù)的影響．圖４．６顯示在頻率為２Ｈ－Ｉｚ和１０ｋＨｚ時，隨剛度ｂ增加，同側(cè)，

對側(cè)傳遞函數(shù)值增加，但其差值變化不明顯，只隨著剛度增加略微增大．當(dāng)頻率為５ｋＨｚ時，

隨著剛度的增加，傳遞函數(shù)差增大達(dá)到一峰值后又減小．而且。頻率為５ｋＨｚ時的耳間差比

頻率為２ｋＨｚ和１０ｋＨｚ時的耳間差大很多，再一次說明激勵頻率的變化會對兩側(cè)響應(yīng)有影響．

＾ＩＯ珈Ｏ

（ａ）∞＝２ｋＨｚ

與㈣

（ｂ）∞＝５ｋＨｚ

量ＩＯｆｈ）

（ｃ）０３＝１０ｋＨｚ

圖４－５ｋｌ變化時同側(cè)，對側(cè)傳遞函數(shù)圖

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第四章寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型動力犖特性研究

（ａ）ｍ＝２ｋＨｚ

ｔｏ）ｍ－－－－５ｋＩ－ｌｚ

‘Ｏｔ＾崎

（ｃ）ｍ＝１０ｋＨｚ

圈４－６ｌｂ變化時同側(cè)、對側(cè)傳遞函敦匝

ＨＯ㈣

（ａ）ｍ＝２ｋＩ－Ｉｚ

ＨＯ■砷

Ｃｏ）ｍ＝５１ｄ－Ｉｚ

圖４－７肛變化時同側(cè)、對側(cè)傳遞函數(shù)圈

圖４－７給出了兩耳傳遞函數(shù)隨阻尼“變化的規(guī)律．當(dāng)頻率為２ｋＩ－Ｉｚ時，隨阻尼Ｈ的增

加，兩耳問傳遞函數(shù)差逐漸增大；當(dāng)頻率為５１ｃＩ－Ｉｚ時，傳遞函數(shù)差在一＝１．３ｘ１０４時達(dá)到最

大后減小；當(dāng)頻率為１０ｋＨｚ時，隨阻尼“的增加，傳遞函數(shù)差逐漸增加，到一＝１．７ｘ１０．５時

達(dá)到最大，然后趨于平穩(wěn)．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

島（ｗ１）

（ａ）ｍ＝２ｋＨｚ

島ＯＶＩ）

∞∞＝５虹ｋ

島‘．■哪

（ｃ）ｍ－－－－１０ｋＨｚ

圖４．８瑪變化時的傳遞函數(shù)圖

圖４．８給出了兩耳傳遞函數(shù)隨阻尼鸕變化的規(guī)律．當(dāng)頻率為２ｋＨｚ時，隨阻尼一的增

加，兩耳間傳遞函數(shù)差減小；當(dāng)頻率為５ｋＨｚ時，傳遞函數(shù)差在朋＝５．０５ｘ１０４時達(dá)到最大

后減小：當(dāng)頻率為１０ｋＨｚ時，隨阻尼“的增加，傳遞函數(shù)差逐漸減小．以上分析說明鸕的

增加并不一定會增大兩耳間的響應(yīng)差。

焉耳兩艇膏ｄ佃日

圖４．９兩耳間距離對時問延遲的影響

圖４－９顯示了寄生蠅兩耳間距離對時間延遲的影響。由圖可以看出，在１～２ｍｍ之間，

兩耳間距離對時間延遲的影響很大。距離的很小變化就可以引起時間延遲很大的變化·當(dāng)

兩耳間距離增大到２ｍｍ之后，隨兩耳聞距離的增加，時間延遲緩慢的增加．

通過以上分析可以得：通過適當(dāng)選取系統(tǒng)參數(shù)，可以進(jìn)一步增大兩耳間強(qiáng)度差和時間

－５２－上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗空

第四幸寄生蠅聽耄系統(tǒng)模型動力學(xué)特性研完

延遲．

４．５模型動力學(xué)特性分析

４．５．１穩(wěn)定性分析

在振動系統(tǒng)里，參數(shù)的變化會直接影響和制約系統(tǒng)的振動特性．在眾多參數(shù)里，系統(tǒng)

的擾動頻率為重要的參數(shù)之一．在不同的擾動頻率作用下，可以觀測到該振動系統(tǒng)具有不

同的振動特性．非線性方程解的形式與定態(tài)解的穩(wěn)定性有重要關(guān)系。尤其是周期解或混沌

解的存在與否與定態(tài)解的穩(wěn)定性有關(guān)，因此判斷定態(tài)解的穩(wěn)定性有重要的意義．為研究系

統(tǒng)的分岔特性首先需要研究系統(tǒng)在參數(shù)作用下的穩(wěn)定性．本文采用李雅普諾夫第一法來研

究方程的穩(wěn)定性，即把非線性方程在奇點附近線性化，然后利用線性化方程來判斷系統(tǒng)解

的穩(wěn)定性。下面先給出非線性系統(tǒng)（４－９）的線性化系統(tǒng)．

令：只＝乃，則有只＝島

島＝月，則有必＝只

毛＝ｃＯＳｏＪｒ，則有毛＝叼ｓｉｎ耐

ｔ＝—彩２蜀。則有毛＝“

方程變?yōu)橐浑A自治方程組：

Ｍ＝妁

兒２兒島＝啊一喪乃一學(xué)辱一告再－ｙｌｚ＋Ｆｃｏｓ（１州ｚ．＋Ｆｓｉｎ枷曇

滬喪一一等辱一半辱｛ｙ２２＋Ｆｃｏｓ（１ｎｏ％）ｚ，－Ｆｓｉｎ（１㈣詈

毛＝Ⅳ

ｄ＝刪２毛

（４－１０）黼肛南

設(shè)‰（ｆ）為非線性方程（４—９）的一個解，令另（ｆ）為在此解附近的另一個解，

乃（ｆ）＝）‰（ｆ）＋磊（ｆ）ｉ＝１．．６（４—１１）

將式（４－１１）代入方程（４－１０）中得：

乩（，）＋毒（ｆ）＝ｚ嘶。）＋莩白。彭

系統(tǒng)存平衡點附近的線件化方稗為：

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室一５３—

博士后出站報古

磊＝磊

磊＝最

磊＝一點一２Ｙ，。卣一口－最一口２￡一４，繭＋６ｌ磊＋６２磊（４－１２、

點＝—－口。磊一磊一２）ｋ磊一ｑ磊一口２六＋６Ｉ磊一６２磊

磊＝磊

靠＝砌２磊

其中：＾＝喪一學(xué)壓…告壓，ｂ，－－ｉＦ畦圳吩ｉＦｓ咖，

通過判斷方程（４－１２）系敦矩陣行列式的特征根實部的正負(fù)來判斷解的穩(wěn)定性。

圈４－－１４給出了系統(tǒng)在不同的激勵力幅和頻率下的穩(wěn)定區(qū)域。由激勵力幅和激勵頻率

組成的平面分成Ｔ－－個區(qū)域，其中區(qū)域１，方程（４－１２）的特征根的實部都是負(fù)的，為穩(wěn)

定區(qū)域：在區(qū)域２中，（４－１２）系數(shù)矩陣的行列式的一個特征根實部為正，系統(tǒng)不穩(wěn)定：

在區(qū)域３，（４－１２）系數(shù)矩陣的行列式的大于兩個特征根實部為正，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

４．５．２動力特性分析

圖４一ｌＯ穩(wěn)定區(qū)域圖

下面在圖４－１０的三個不同區(qū)域分別取一點，傲龐加萊截面圖。

在圖４－１１至圖４－１３中列出系統(tǒng)在不同區(qū)域的龐加萊截面圖。其中，圖４一ｌｌ的Ｐｏｉｎｃｎｒｅ

截面是一個不動點，圖４－１２的Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面是兩個離散點，圖４—１３的Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面則是

成片的密集點集．按照研究非線性振動與混沌運(yùn)動的Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面方法的理論可知…１：當(dāng)

Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面只是一個不動點或少數(shù)離散點時，系統(tǒng)的運(yùn)動是周期的；當(dāng)Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面是

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

第四幸寄生置聽乞系統(tǒng)模型動力學(xué)特性研完

·閉曲線時，系統(tǒng)的運(yùn)動是概周期的：當(dāng)Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面是一些成片的點集時．系統(tǒng)的振動

是混沌的．本文所給出的Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面都是系統(tǒng)在其Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面上的穩(wěn)定圖像，所以可

判斷出圖４一ｌｌ、圖４－１２的運(yùn)動形式是周期的，圖４－１３的運(yùn)動形式是混沌的。在圖４一１３

龐加萊截面圖上的點不重復(fù)的分布在有限區(qū)域的一條無限長曲線上，這是混沌運(yùn)動的典型

情況．

圖４－１ｌ區(qū)域１的龐加萊截面圖圖４－１２區(qū)域２的龐加萊截面圖

ｘｌ

圖４－１３區(qū)域３的龐加萊截面圖

圖４—１４給出了區(qū)域ｌ中的點Ａ在ｘ。．文．、ｘ：攻：及Ｘ。－ｘ：相空間的軌線圖，從中可以看出，

有穩(wěn)定的周期解出現(xiàn)。４－１５是區(qū)域２中的點Ｂ在不同相空間的軌線圖，由圖可以看出在相空

同ｘ：墳，上出現(xiàn)了倍周期現(xiàn)象，說明隨著系統(tǒng)激勵幅值和頻率的變化，系統(tǒng)的解由周期１進(jìn)

入到周期２，系統(tǒng)出現(xiàn)了倍周期分岔．４－１６為區(qū)域３內(nèi)的點Ｃ在相空間Ｘ，－文。的軌線圖，其相

軌線圖顯示了混亂的軌線。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

巧５－

｛Ｉ士后出站報考

圈４－１４區(qū)域１相空問軌線圈

圖４－１５區(qū)域２相空間軌線圖

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

冪口幸寄生蠢聽芄系剛Ｅ型動力學(xué)特性研克

４．６本章小結(jié)

圖４－１６區(qū)域３相空問軌線圈

本章在上一章建立的寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，討論了不同的參數(shù)對模型兩耳間

響應(yīng)差及時間延遲的影響．結(jié)果表明，系統(tǒng)的剛度和阻尼及兩耳間的距離都會對系統(tǒng)的響

應(yīng)產(chǎn)生影響，因此通過適當(dāng)選擇系統(tǒng)參數(shù)可以進(jìn)一步增大兩耳問的響應(yīng)差和時間延遲。對

所建力學(xué)模型的動力學(xué)分析結(jié)果表明，激勵幅值和頻率是影響系統(tǒng)振動特性的重要參數(shù)。

在討論中發(fā)現(xiàn)該振動系統(tǒng)具有多種非線性振動形式，其中包括周期振動和混沌振動。研究

結(jié)果為進(jìn)一步分析及研究實驗室模型和仿生學(xué)模型提供可靠的理論依據(jù)和新的思路．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室－５７－

博士后出站報魯

參考文獻(xiàn)。

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【２】陳予恕，非線性振動，天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，１９８３

【３】陸啟韶，常微分方程的定性方法和分岔，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，１９８９．

【４１陳予恕．非線性振動系統(tǒng)的分叉與混沌理論．北京ｔ高等教育出版社，１９９３

嘲劉秉正，非線性動力學(xué)與混沌基礎(chǔ)，長春；東北師范大學(xué)，１９９４

嗣婦酬血咐Ｊ．ＨｏｌｍｅｓＰ．ＮｏｎｌｌｎｅａｒｏｓｃｉＩｈ婦ｓ，ｄｙｎａｍｉ∞ｌ叫ｓｔｅｍｓ，ａｎｄ

ｂｉｆｕｒｃａｆｉ懈

ｏｆｖｏｃｔｏｒｆｉｅｌ＆．８ｐｒｉｎ辨刪ａｇＮｅｗＹｏｆｋｋ．·１９８３

－５８一上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田家重點實驗室

＊士后出站報告

第五章寄生蠅聽覺系統(tǒng)實驗室模型理論分析

５．１引言

通過對寄生蠅聲感應(yīng)系統(tǒng)深入的理論研究，建立了能準(zhǔn)確描述其力學(xué)性狀的非線性動

力學(xué)模型，全面揭示了其定位機(jī)制，本章在前幾章對寄生蠅聽覺系統(tǒng)定位機(jī)理及其動力學(xué)

特性研究的基礎(chǔ)上，提出了用于實驗室研究的理論模型，通過對系統(tǒng)的振動特性和對不同

的頻率和方向的入射聲激勵下的響應(yīng)的分析，為將來要進(jìn)行的實驗室模型研究做理論鋪墊，

并為迸一步仿生學(xué)產(chǎn)品如助昕器、衛(wèi)星仿生聲納的研發(fā)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)．

５．２系統(tǒng)力學(xué)模型

設(shè)彈性膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)組成的耦合結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型如圖５一ｌ所示，環(huán)形膜外緣固定，

質(zhì)量和ｍ３與ｍ４內(nèi)緣連接，設(shè)彈性膜均勻。面密度為盯，彈性膜上的張力為Ｔ，外緣半徑

為ａ。內(nèi)緣半徑為ｂ，并設(shè)ｂ＞＞ａ．機(jī)械連接結(jié)構(gòu)中，元件１．２的質(zhì)量為ｍｌ與ｍ２，彈性

和阻尼元件的剛度和阻尼系數(shù)分別為毛如屯ｃ－島島．并假設(shè)入射聲壓為平面聲波且位于薄

膜法線與機(jī)械連接機(jī)構(gòu)所成的平面內(nèi)，并且與膜的法線方向成Ｑ角，如圖５－３所示．機(jī)械

連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)簡圖如圖５－２所示．

圖５－１耦合結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型圖５－２機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)簡圖

Ｈ■４

■一蝦

圖５－３入射聲壓的方向

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動固掌重點實驗室

第五幸寄生蠅聽ｔ不托實肇室攫型理論分析

ｍ３與ｍ４分別表示兩耳膜與機(jī)械連接機(jī)構(gòu)結(jié)合處的組織的質(zhì)量，ｍｌ與ｍ２表示機(jī)械連

接機(jī)構(gòu)中兩根桿的質(zhì)量．所以整個系統(tǒng)的振動即為如圖５．１所示的與機(jī)械連接機(jī)構(gòu)之間存

在相互作用的環(huán)形彈性膜在聲壓作用下的受迫振動。

極坐標(biāo)形式下膜振動方程：

霧七挈＋專嘉一專害一老Ｃ２＠ｔ，

務(wù)２’，毋’，２ａ礦ｃ２ａ２盯

…“７

其中ＩＩ為膜上某點法向振動的位移。ｒ。０分別為膜上某點在以膜中心點為原點的極坐

標(biāo)下的極徑和極角，其他參數(shù)定義如前面所述．

設(shè)入射聲波為平面波，且結(jié)構(gòu)中心支撐點處聲壓為。

ｐ秘＝ｐ一“§冷

則彈性膜３，４上點伍０’處的入射聲壓為

局（，，以ｆ）＝見—””’（５．３）

其中：Ｌ＝－３．４，ｕ為入射波圓頻率．

毛＝；（爭螂巾叩

＾＝；（爭瞄刁咖

彈性膜３。４的振動方程ｔ

粵Ｏｒ七誓＋吉姿００專爭＝一魯２。，務(wù)。，２２

ｃ２ａ２一ｃ２口

邊界條件為：

仉（４，０，０５０

仇（６，Ｏ，ｔ）＝毛

其中ｉ定義同上。ｘ幽為３，４兩質(zhì)量的位移．

而機(jī)械連接機(jī)構(gòu)的振動方程為：

Ｋ．ｘ＋Ｃ．文·Ｍ．殳＝Ｐ

其中：置＝

Ｃ＝

毛－ｋ，０

０

噸毛＋與毛０

０一與一屯＋毛一屯

．０

０屯一與

ｑ—ｑ

００

１ｑ＋ｃｓ島０

０

一島一島＋島一島

００

ｃ２一島

（５．４）

（５勻

（５．６）

（５．７）

（５．８）

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

博士后出站瓤告

＾，＝

碼００

０鴨０

００鴨

ＯＯＯ

，＝Ｍ石石

０

０

０

ｍ．

工】

（５．９）

其中ｆＩ－ｆ２＝Ｏ，ｆ，和ｆ４由彈性膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)組成的耦合方程給出．

彈性膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)組成的耦合結(jié)構(gòu)處：

３．４點處：

且由式（５．７）有

５．３系統(tǒng)受迫振動分析

石ｆｉｔ－

弓（ｆ）＝％（６，０，ｔ）

‘（ｆ）＝仉（以Ｏ，ｔ）

（５．Ｉｏ）

（５．１１）

對彈性膜的受追振動僅考慮圓對稱響應(yīng)的情況，并且忽略同一膜上由不同點的聲壓相

位差的影響，用膜圓心處的聲壓值代替膜上各部分的聲壓值。則膜３，４的受迫振動方程分

別為：

旦蔓＋ｌａ，７，一土曼簞一型竺竺益：益三蓋一逸＠嘲

擴(kuò)仉．１ａ吼

ｌ擴(kuò)仉一以ＰＭ”“＇

卻７ｒ打，Ｏｔ２ｃ１仃

則振動方程（５．１２）的解為：

呀，（，，，）－ＬＭ（知）＋馬Ⅳ．（打）一劃一““（５．１３）

鞏（＂）＝ｌ４＾（打）＋且Ⅳ．（ｈ）一魯Ｉ—？“’

其中：Ｊｏ（ｘ）為零階柱貝塞爾函數(shù)，Ｎｏ（ｘ）為諾伊曼函數(shù)。且有

．｜｝：竺，：空墅！盟

ｃ，

Ｃ，Ｃ為聲速．

代入邊界條件（５．８）及（５．１０）得：

－６２一上海交通太擘機(jī)械系統(tǒng)與振動困家重點實驗室

摹五幸寄生蠅聽覺系統(tǒng)實驗室模型理論分析

其中：

Ｊ＝

Ｐ＝

ｋ㈦Ⅳｏ吲

ｋＩ糾％圳

Ｐ．，．

，ＰＴ鎦＋毛

％ｒ

Ｔ＋而

４

馬

４

且

＝Ｊ·Ｐ

ｋ㈣％州

ｋ（腸）％俐

（５．１４）

（５．１５＇

將式（５．１３）代入（５．１０），并將工、工的表達(dá)式代入方程（５．８），即得到系統(tǒng)在受迫振動下，機(jī)

械連接機(jī)構(gòu)的振動方程．

５．４系統(tǒng)的近似解法

可用如下所述的方法將彈性膜離散化：

因彈性膜半徑為ａ的，其內(nèi)部張力為Ｔ，面密度為ｏ．將膜由半徑ｒ方向由ｒ＝ｂ到ｒ＝８

處的等分為ｍ段，轉(zhuǎn)角０方向作ｎ－ｌ等分．將所分割的各個環(huán)狀扇形區(qū)域的質(zhì)量集中到喚

內(nèi)圈的弧中心點．

圖５．４彈性膜離散化

類似地，彈性膜上聲壓作用也集中于各個節(jié)點之上，而機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量ｍ３與ｍ４

加到中心的節(jié)點上．考慮到忽視單片彈性膜上入射聲激勵的不對稱性后模型的響應(yīng)為中心

對稱．設(shè)左側(cè)膜離散模型半徑方向由外到內(nèi)的位移分別為Ｘｌ，Ｘ２，…函，右側(cè)為ｙｌ’ｙ２，．．．，ｙｎ．機(jī)

械連接機(jī)構(gòu)的ｍｌ和ｍ２位移分別為ｚｉ）ｚ２（以上均為膜表面的法向位移）。

則整個系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程可寫為：

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動圈家重點實驗室－６３—

博士后出站瓤告

其中：

Ｍｘ＋ｃＸ＋Ｋｘ＝Ｆ

Ｘ＝【＾…‘，Ｍ…只，ｚｌ，毛】ｒ

Ｍ＝

％

％

肼，．

１ＯＯ０

１０

ｃＪ

０

ｌ０００ｃ－ｌ０００１０一ｑｏ【０００

隅－

＆

ｋ｛＋ｔ

ｌ００

Ｋ＝ｌ

ｌ００

Ｉ

１０一ｔ

Ｉｏｏ

ｌ五十瓦Ｉ丁

ｌ一互

墨．。ＩＬ

ＯＯ

—ｑ

０

ＯＯ

０一勺

島＋ｑ島

巴島＋巳

Ｏ

Ｏ

＆

００

一‘０

００

０

ｔ＋與

毛

一墨

￡、．互盟＼、弋心一手

＝－互趟

Ｋｎ＝［０…·ｏ一爭

一‘

與

七，＋島

（５．１５）

（５．１６）

（５。１７）

（５．１８）

（５．１９）

（５二ｍ）

（５．２Ｄ

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動回車重點實驗室

矗工。七

ｂ

ｏ

ｏ

ｏ

ｂ研ｏ

ｏ

第五章寄生置聽完不統(tǒng)實驗室模型理論分析

蠔＝局．且ｂ＝如（５．２２）

其中Ｑ＝ｘｙ：ｍ。ｉ代表袖部分的質(zhì)量，Ｓｉ代表）【ｉ部分的膜的面積，Ｐｘｉ代表作用在ｘｉ部分的聲

壓力·ｋｘ＝ｋＩ，ｂ＝ｋ２，ｃｘ－ｃＩ，ｃｙ－＝ｃ２，ｚ，，－－ｘｊ，ｚｙ－－ｚ２．

５．５仿真分析

各參數(shù)取值如下：

元件ｌ的質(zhì)量％＝２．８８ｘｉ０－”ｋｇ，元件２的質(zhì)量鴨＝２．８８ｘｉＯ‘”ｌ【ｇ，元件３、４的質(zhì)量

鴨＝７．２ｘ１０“ｋｇ和弛＝７．２ｘｉｏ－控ｌ唔，彈性膜的張力Ｔ＝０．９５５６Ｎ／ｍ。彈性膜的面密度

ｏ＝３．５ｘ１０－２ｋｇ／ｍ２．外緣半徑ａ＝０．０４×ｔｏ－２

ｍ，鼓膜膜鬩橋的距離（即圖５一ｌ中ｌ、２點之問的

距離）Ｌ＝０．１２ｘ１０。ｍ，剛廢毛＝０．５７６Ｎ／ｍ，剛度七２＝Ｏ．５７６Ｎ／ｍ。剛度與＝５．１８Ｎ／ｍ，阻

尼ｑ＝１．１５ｘ１０４Ｎ．ｓ／ｍ，阻尼島＝１．１５ｘ１０４Ｎ．ｓ／ｍ，阻尼島＝１．１５ｘ１０４

Ｎ．ｓ／ｍ，Ｍｌ－５．２２５３

×１０＂ｋｇ，Ｍｒ＝５．２２５３×ｉｏ％ｇ。

５．５．Ｉ不同入射頻率下的響應(yīng)

援率（單位，Ｈｆ，

圖５－５入射聲同側(cè)與對側(cè)點的振動與入射聲壓問傳遞函數(shù)的幅值的比較．

圖５－５給出了入射角為４５度時，不同入射頻率下，入射聲同側(cè)與異側(cè)傳遞函數(shù)比較圖。

由圖可以看出，隨頻率變化．同側(cè)與異側(cè)傳遞函數(shù)差也發(fā)生變化．當(dāng)頻率在５ｋＨｚ－６ｋｌ－ｌｚ之

間時，兩側(cè)傳遞函數(shù)差達(dá)到最大．說明此模型在激勵聲頻率在５ｋＨｚ－６ｋＨｚ時最敏感。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室－６５一

黽暑ｖ顫舊曩￥

博士后出站報告

５．５．２不同入射角度下的響應(yīng)

圈５－６不同入射角度下頻率的響應(yīng)．曲線采用多項式擬合繪制．

圖５．６給出了入射頻率為８ｋＨｚ時，不同入射角度下兩側(cè)響應(yīng)差．由圖可以看出，隨著

入射聲角度的增大，兩側(cè)響應(yīng)差也隨之增大．

５．５．３不同入射頻率下的時域晌應(yīng)：

圖５．７、５．８利用如第５．４節(jié)所述的計算方法，計算在入射角均為４５度下，入射頻率

分別為５００Ｈｚ與５０００Ｈｚ時，兩側(cè)的時域響應(yīng)．圖５－７顯示，在頻率較低時（５００Ｈｚ），兩

側(cè)響應(yīng)幅值基本相同；隨頻率升高（如圖５－８所示頻率為５０００Ｈｚ時），兩側(cè)響應(yīng)幅值差明

顯增大．

圈５－７入射頻率為５００Ｉ－Ｉｚ，入射角為４５度時，兩側(cè)的時域響應(yīng)．

第五章寄生蠅聽覺蠹統(tǒng)實ｌ｝室模型曩艟分析

崇

廿

魯

Ｖ

蛙

丑

時御（單位：秒）·一．

圈５．１入射頻率為Ｙ沁００Ｉ－Ｉｚ，．入射角為稻度時，兩飼的時域響應(yīng)．

由以上分析可以得出，本章所建模型對入射聲頻率和角度都很敏感。隨入射聲頻率的

增加，兩側(cè)響應(yīng)差增加，到５ｋＨｚ－６ｋＨｚ時達(dá)到最大，此后隨頻率的增加，兩側(cè)響應(yīng)差減小。

隨入射聲角度的增大，兩側(cè)響應(yīng)差也隨之增大，到９０度時達(dá)到最大。

５．６本章小結(jié)

本章基于寄生蠅聽覺定位機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，以彈性膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)組成耦合結(jié)構(gòu)，

建立了用于實驗室研究的理論力學(xué)模型，研究了耳膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)之間的耦合形式以及

兩者間的相互作用，并對模型在不同聲激勵下的響應(yīng)進(jìn)行了研究．通過理論分析和數(shù)值仿

真。得到結(jié)論如下：

①通過選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)，該力學(xué)模型可以實現(xiàn)對確定頻率聲源的方向性識別。可通過

控制機(jī)械連接機(jī)構(gòu)質(zhì)量ｍｌ，．ｍ２來調(diào)整該系統(tǒng)的敏感頻率．

②系統(tǒng)對不同聲源入射角度的幅值響應(yīng)不同，這可以作為聲源定位的一種依據(jù)．

③時域分析可看出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)證明了該系統(tǒng)在選定頻率的聲入射下，兩側(cè)的振動

幅值存在明顯差異。

結(jié)果表明本章所建立的模型，也可以很好的反應(yīng)寄生蠅聲源定位機(jī)理，并且與實際生

物結(jié)構(gòu)更為接近，易于建立實驗室仿生機(jī)械模型。研究成果為研究其聽覺系統(tǒng)中耳膜與耦

合結(jié)構(gòu)的相互作用方式提供了理論依據(jù)和計算方法，并對建立實驗室微型仿生機(jī)械模型及

研究成果的實際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

上海交通大擘機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

博士后出Ｊ０４１ｔ舌－

參考文獻(xiàn)：

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＂６８－上海交通太學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動田察重點實驗室

第六章全文暮結(jié)夏展望

８．１工作總結(jié)

第六章全文總結(jié)與展望

奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)尺寸微小，這與一般生物利用聲音信號到達(dá)雙耳的聲程差實現(xiàn)

聲音定位所需要的尺度嚴(yán)重失配，但卻具有構(gòu)造獨(dú)特的聲感應(yīng)系統(tǒng)一種在聲激勵到達(dá)聽

覺接受細(xì)胞之前先對這種微小差異進(jìn)行放大的有效機(jī)制，使它能對對外界聲源作出準(zhǔn)確的

判斷．受其啟示。通過研究奧米亞寄生蠅聽覺定位系統(tǒng)的定位機(jī)理，對其具有獨(dú)特功能的

器官系統(tǒng)的構(gòu)造進(jìn)行模仿，有助于新一代高精度仿生學(xué)產(chǎn)品如助聽器、麥克風(fēng)、衛(wèi)星仿生

聲納的研發(fā)和應(yīng)用。因此。開展對奧米亞寄生蠅聽覺定位系統(tǒng)的研究具有重要的實際意義．

本文詳細(xì)地分析了國內(nèi)外對奧米亞寄生蠅聲感應(yīng)定位系統(tǒng)研究的歷史和現(xiàn)狀，結(jié)合解剖學(xué)

和生理學(xué)研究基礎(chǔ)，建立了反映寄生蠅聽覺定位機(jī)理的非線性動力學(xué)方程，采用理論結(jié)合

仿真分析的手法對不同外激勵條件下的強(qiáng)度差及時問延遲進(jìn)行了詳細(xì)的分析．在此基礎(chǔ)上，

給出系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響及其動力學(xué)特性．最后，建立了實驗室理論模型，研

究了該模型系統(tǒng)的振動特性和對不同的頻率和方向的入射聲激勵下的響應(yīng)，為建立實驗室

仿生模型打下理論基礎(chǔ)．具體研究有以下幾點：

一、對寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行詳細(xì)地討論，與非奧米亞寄生蠅的聽覺系

統(tǒng)進(jìn)行了對比，指出了奧米亞寄生蠅聽覺系統(tǒng)在解剖學(xué)結(jié)構(gòu)上的四個顯著特點及其他特

征：介紹奧米亞寄生蠅聲感應(yīng)系統(tǒng)的生物力學(xué)性狀，找到了聽覺最敏感區(qū)及對聽覺系統(tǒng)有

影響的器官，為后面章節(jié)的研究提供理論依據(jù)．

二、在對寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及生物力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，建立了描述其聲

定位機(jī)理的非線性模型，作出了傳遞函數(shù)，研究了激勵頻率和角度對模型同側(cè)、對側(cè)強(qiáng)度

差和時問延遲的影響，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比．

三、研究寄生蠅聽覺系統(tǒng)模型的動力學(xué)特性。首先，通過將方程進(jìn)行無量綱化，研究

模型在時域和頻域的振動規(guī)律及系統(tǒng)參數(shù)對振動特性的影響；分析系統(tǒng)在激勵頻率和激勵

力幅影響下的穩(wěn)定性，給出系統(tǒng)在穩(wěn)定性不同區(qū)域的龐加萊截面和相軌跡圖．

四、基于聽覺系統(tǒng)定位機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出用于實驗室研究的膜結(jié)構(gòu)理論實驗?zāi)?/p>

型，分析此模型耳膜與機(jī)械連接結(jié)構(gòu)之問的耦合形式以及兩者間的相互作用，對不同的頻

率和方向的入射聲激勵下的響應(yīng)作出分析，為將來要進(jìn)行的實驗室模型研究做理論鋪墊．

綜上所述，本文通過對奧米亞寄生蠅聽覺定位機(jī)理的研究，建立了新的力學(xué)模型，

無論在理論上還是在實際應(yīng)用方面，都具有一定的創(chuàng)新性。研究成果將為我們進(jìn)一步揭

示生物界這種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的聲感應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)在奧秘，并為新一代高精度微型仿生聲傳感與定

位系統(tǒng)（如微型運(yùn)載工具用高精度仿生聲納、具有聲源定位功能的感向助聽器等）的研制

和開發(fā)提供一種全新的思路和途徑。

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

博士后出站報告

８．２展望

本文中首次提出能比較準(zhǔn)確描述寄生蠅聽覺定位機(jī)理的非線性動力學(xué)模型，但目前還

有如下問題還有待進(jìn)一步研究：

（１）奧米亞寄生蠅的一個典型特征是在鼓膜后面的一個空氣室，已有研究表明此空氣室

對奧米亞寄生蠅進(jìn)行聽覺定位也有作用，此作用有多大有待研究．

（２）雖然到目前為止沒有生物力學(xué)證據(jù)解釋奧米亞寄生蠅鼓膜褶皺的作用，但它們可能

沿縱向軸線增加剛度，這個各向異性的剛度可能會在將膜的機(jī)械能傳遞到與感應(yīng)器

官直接連接的前胸腹柄上起作用．

（３）實驗室仿生模型的研究．因為奧米亞寄生蠅聽覺器官尺度的微小，給仿生模型的加

工和測試等都帶來了問題。目前所建的實驗室仿生模型還停留在大尺度階段－如何

開發(fā)微小尺度下的仿生產(chǎn)品還有待進(jìn)一步的努力．

（４）不同種奧米亞寄生蠅之問，其與中胸氣孔相連的氣管系統(tǒng)也不相同，他們的寄主聲

音頻率也不相同，是否可以通過研究此氣管系統(tǒng)與聽覺定位的關(guān)系，進(jìn)一步開發(fā)可

調(diào)頻率的仿生產(chǎn)品．

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

２００７－－０Ｓ－３０

致謝

機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室有著求實嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)氛圍和良好的實驗條件，兩年多

的博士后工作和生活給我留下了深刻而又美好的記憶．在即將出站之際，作者懷著感激的

心情向所有關(guān)心，指導(dǎo)，理解、支持和幫助自己的領(lǐng)導(dǎo)、師長、朋友和師兄弟們表示最衷

心的致謝！

向兩年多來悉心指導(dǎo)自己的合作導(dǎo)師饒柱石教授致以最崇高的敬意和感謝ｌ饒教授淵

博的學(xué)識、敏銳的洞察力、精辟獨(dú)到的見解、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的治學(xué)態(tài)度、誨人不倦的學(xué)者風(fēng)范

對我影響至深，饒教授豐富的實踐經(jīng)驗、精益求精的科研作風(fēng)與學(xué)術(shù)意識以及對科學(xué)事業(yè)

執(zhí)著的追求精神將使我受益終身．饒教授不僅在學(xué)術(shù)與科研中繪予本人精心的指導(dǎo)，而且

在工作和生活等方面也予以無微不至的關(guān)懷和關(guān)心。使我深深的感動，謹(jǐn)此向饒教授表達(dá)

萬千謝意ｌ

向李鴻光副教授表示真摯的敬意和誠摯的感謝！兩年來，李教授在工作上對本人給予

了莫大的幫助．同時，李教授淵博的知識給我留下了深刻印象，是我今后工作和生活的學(xué)

習(xí)榜樣．感謝本項目組的王慶生博士生和邵宇鷹博士生的幫助和協(xié)作，使得本報告能順利

完成．另外。實驗室的孟光教授、趙玫教授、史習(xí)智教授、華宏星教授、沈容瀛教授、蔣

偉康教授、張志誼副教授、雷敏副教授、唐以蓉老師、學(xué)校和學(xué)院的負(fù)責(zé)博士后工作的于

希嘉老師在工作和生活上都給予作者不同程度的指導(dǎo)與關(guān)心在此一并表示謝意ｌ

還要感謝荊建平副教授、雷宣揚(yáng)博士后、胥永剛博士后、徐洋博士后、冷小磊博士后、

趙三星博士后、張敬芬博士后、盂志強(qiáng)博士后、諶勇博士后、張文明博士后、董興建博士

后、高尚晗博士生、王應(yīng)豐碩士生、沈高飛、王雪冰碩士生、周俊碩士生、韓景梅碩士生、

趙芳芳碩士生等給我?guī)淼目鞓罚刮以诰o張的工作之余能得到放松，在此向你們表示感

謝１

最后，感謝我的先生盧泳和我的家人，你們的支持和鼓勵一直是我前進(jìn)的動力，謹(jǐn)以

此文獻(xiàn)給你們，并祝你們幸福安康！

塔娜

上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動國家重點實驗室

２００７．０５

上海芄通大學(xué)振動．沖擊、噪聲國家重點實驗室

十

博士后出站報告

博士后期問論文發(fā)表及項目參與情況

發(fā)表或已錄用論文

ｆｌ】Ｔａ。Ｎ．，Ｒａｏ，Ｚ．Ｓ．，Ｑｉｕ，Ｊ．Ｊ．ｓｍｄｙｏｆｎｏｎ－ｓｍｏｏｔｈｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｅｄ

ｂｙａｍｐｌｉｔｕｄｅ．１ｉｍｉｔ

ｏｆ

ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ

ｓｙｓｔｅｍ

ｉｎａｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌ

ｏｆＮｏｎｌｉｎｅａｒＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄ

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，２００７，９．（ｓＣＩ收錄）

【２】Ｔａ．Ｎ．，Ｑｉｕ，ＪＪ．ＳｔｕｄｙｏｆＺｅｒｏＭｏｄｅＮａｔｕｒａｌＦｒｅｑｕｍｃｙａｎｄＮｏｎｌｉｎｅａｒＶｉｂｒａｔｉｏｎ

ｏｆＣｏｕｐｌｅｄ

ＬａｔｅｒａｌａｎｄＴｏｒｓｉｏｎｏｆａＬａｒｇｅ

ＴｕｒｂｉｎｅＧｏｎｅｒａｔｏｒ叨．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ

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Ｈｅａｒｉｎｇ

ＭｅｃｈａｎｉｓｍｉｎＡｃｏｕｓｔｉｃ

Ｓｙｓｔｅｍ

ｏｆｔｈｅ

ＰａｒａｓｉｔｏｉｄＦｌｙ【Ａ】．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ

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ＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ【ｃ】，Ｃｈｉｎａ，２３．２６Ａｕｇｕｓｔ２００６，ＰａｐｅｒＮｏ．１５２，２０２．（ＩＳＴＰ收錄）

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ｆ９】Ｔａ，Ｎ．，Ｒａｏ，Ｚ．Ｓ．ａｎｄ

Ｗａｎｇ，Ｑ．Ｓ．ＳｏｕｎｄＳｏｕｒｃｅＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈ

Ｂｉｏ－ｍｉｍｉｃｋｉｎｇ

ＰａｒａｓｉｔｏｉｄＦｌｙ們．Ｊｏｕｒｎａｌ

ｏｆＶｌ＇ｂｒａｔｉｏｎａｎｄＡｃｏｕｓｔｉｃｓ．（ＳｕｂｍｉＵｅｄ）

［１０】Ｔａ，Ｎ．，ＷａｎｇＱ．Ｓ．Ｄｙｎａｍｉｃｆｌｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｏｆ

ａｕｄｉｔｏｒｙｓｙｓｔｅｍ

ｉｎ

ｐａｒａｓｉｔｏｉｄｆｌｙ【Ｊ】．

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．（Ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ）

參與的項目

［１］微型生物聽覺系統(tǒng)的定向機(jī)制及其仿生學(xué)研究，國家自然科學(xué)基金資助項目

（５０３７５０９４），主要參加者，２００３．１—２００６．１２

［２］奧米亞寄生蠅聲感應(yīng)系統(tǒng)力學(xué)機(jī)理及仿生模型研究，上海交通大學(xué)科技基金，主要

參加者，２００６．６—２００８．６

［３］高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭核心技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，參加者

上海交通大學(xué)振動．沖擊．嚎聲國家重點實驗室

奧米亞寄生蠅聽覺定位機(jī)理及其動力學(xué)特性研究

作者：塔娜

學(xué)位授予單位：上海交通大學(xué)

1.會議論文塔娜.饒柱石奧米亞寄生蠅聲源定位系統(tǒng)力學(xué)模型研究2006

奧米亞(ormiaochracea)寄生蠅具有構(gòu)造獨(dú)特的聲感應(yīng)系統(tǒng),可對外界入射聲源的方位作出準(zhǔn)確的判斷.基于寄生蠅聽覺系統(tǒng)解剖學(xué)研究的基礎(chǔ)上,提

出了四種非線性動力學(xué)模型,研究了四種模型的強(qiáng)度響應(yīng)、時間延遲及對不同方向聲源的響應(yīng),并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比.結(jié)果表明:所建的非線性模型1在

一定的頻率范圍內(nèi)與實驗非常吻合,說明模型1在此范圍內(nèi)能很好的反應(yīng)寄生蠅的聽覺定位機(jī)理.

本文鏈接：/Thesis_

授權(quán)使用：中北大學(xué)(zbdxtsg)，授權(quán)號：0634765f-447a-48ff-823a-9e9800e1bb4d

下載時間：2011年2月28日