新型含磁准零刚度隔振器建模分析

旨在建立一类新型含磁准零刚度隔振器系统的力学模型。该系统通过并联具有负刚度特性的磁力弹簧和线性正刚度弹簧,使系统在小位移内具有刚度渐硬特性,较大位移内同时具有刚度渐硬和刚度渐软特性,并推导出其动力学方程。通过分析力-位移结构特性、刚度-位移结构特性,获得其实现准零刚度的条件。研究结果为实际工程应用中隔振器的设计及参数优化提供了理论参考,具有一定的实际意义。     

屈曲板型准零刚度隔振器的设计和特性分析

设计一款屈曲板型准零刚度隔振器,该隔振器由竖直的橡胶垫和屈曲的弹簧钢板组合而成.为便于分析该隔振器的刚度特性,基于Abaqus软件分析和Matlab拟合给出力与位移的近似表达式.通过理论分析,给出该系统出现准零刚度时,竖直橡胶垫需满足的刚度条件.依据谐波平衡法研究了阻尼对系统动力学特性的影响,得到了系统的力传递率,并对其隔振性能进行了评估.结果表明,屈曲板型准零刚度隔振器能够显著提高低频段的隔振效率;在适当的阻尼情况下,该准零刚度隔振系统没有共振问题.     

含干摩擦碰撞系统的簇发振荡及稳定性分析

建立了一类含干摩擦对称间隙的弹性碰撞振动系统的动力模型,分析并推导了系统运动中黏着、滑动和碰撞运动的衔接关系及判断条件.研究系统在周期外力作用下且外激励频率远小于系统固有频率的动力学响应.分析了两尺度效应下含干摩擦系统的簇发振荡模式,通过转换相图揭示了系统穿越分界面时产生的簇发振荡行为;并分析了一类含干摩擦对称性系统通向混沌的分岔机制.计算了系统的最大李雅普诺夫指数,并以最大李雅普诺夫指数为判据,分析了系统的稳定性.结果表明:超低频区系统呈现为周期陷窝形式分布,激励频率在周期陷窝中心两侧蔓延过程中,会伴随着擦边分岔的出现,碰撞次数依次减少;系统在两频域尺度效应耦合作用下,表现为簇发振荡运动;在低频区,系统通过叉式分岔,形成一对反对称周期运动,随着激励频率的减小,通过序列倍化分岔转迁为一对反对称混沌运动,再通过激变分岔转迁为单个对称混沌运动.     

气动可调式准零刚度隔振器设计及特性分析

针对承载质量的变化会影响隔振器性能的问题，设计了具有准零刚度特性的可调式非线性气动隔振器.该准零刚度隔振器由一个竖直的双气室可调式气动弹簧和4个对称初始水平放置的单气室可调式气动弹簧组合而成.分析了气动可调式准零刚度隔振系统的设计参数之间应满足的关系.当承载质量改变时，通过调节气压来保持静平衡位置处的准零刚度特性.利用谐波平衡法对系统进行振动分析，得到了系统的力传递率，并对其隔振性能进行了评估.结果表明，系统具有良好的低频隔振性能，优于相应的线性系统.     

一种准零刚度被动隔振系统的非线性共振响应分析

分析了一种机构的负刚度特性和它与线性主弹簧并联后而成的隔振系统的准零刚度特性,推导了准零刚度被动隔振系统的主谐波共振、亚谐波共振和超谐波共振的幅频特性表达式.结果表明,机构的负刚度区域随弹簧的初始变形与杆长的比值增大而变宽;隔振系统的准零刚度区域随主弹簧的刚度与机构中的弹簧总刚度的比值以及机构中的弹簧初始变形与杆长的比...     

Delayed SubHopf-Fold/Fold Cycle簇发振荡及其动力学转迁

基于周期激励下的van der Pol-Duffing振子,研究了一类由Hopf分岔滞后引起的delayed sub Hopf-fold/fold cycle簇发振荡及其动力学转迁,这种簇发模式表现出余维-2簇发振荡特性。将周期激励看做慢变量,得到了快子系统和慢子系统。然后对快子系统进行分岔分析,给出了Hopf分岔和fold分岔的临界条件。最后利用分岔图和转换相图的叠加分析了该簇发振荡的产生机制及其动力学转迁。     

碟形橡胶准零刚度隔振器的设计和特性分析

设计了具有准零刚度(QZS)特性的碟形橡胶隔振器,并分析了其隔振特性.隔振器由负刚度元件碟形橡胶(内含钢材料的筋)与正刚度元件竖直橡胶柱并联组装而成.基于Abaqus有限元仿真分析,给出了隔振器在静平衡位置处出现零刚度时,碟形橡胶元件和竖直橡胶元件分别需要满足的构型和尺寸参数条件,得到了隔振器的回复力曲线,并用仅含三次的多项式进行了拟合.进一步,建立隔振系统动力学方程,基于谐波平衡法分析了系统的隔振特性,并与Abaqus动力学仿真分析进行对比,结果表明,碟形橡胶准零系统隔振性能明显优于相应的线性系统.     

一种几何非线性低刚度高阻尼隔振器动态特性研究

为了实现隔振器低动态刚度和高阻尼的设计目标,利用两层变杆长X型机构,提出一种新型隔振器.首先,采用谐波平衡法获得所建隔振系统动力学模型的稳态解析解,并分别给出隔振系统的幅频响应、相频响应、等效刚度、等效阻尼和力传递率.然后,根据力传递率,将新型隔振器与常规线性隔振器和准零刚度隔振器进行对比分析.同时,采用有限元方法对获得的解析解进行了有效性验证.最后,分析并给出系统参数对新型隔振器隔振性能的影响规律.结果表明：与常规线性隔振器相比,新型隔振器具备更小的动态刚度和更高的阻尼输出;与准零刚度隔振器相比,本新型隔振器除了能保证低刚度和高阻尼输出之外,还具有较好的稳定性与静承载能力;隔振系统设计参数对隔振性能均有较大影响,可通过灵活调整隔振系统各设计参数满足不同的隔振需求.     

频域两尺度下非光滑Duffing系统的簇发振荡及其机理分析

为揭示非光滑因素存在时动力系统的簇发行为,本文以周期激励Duffing系统为例,引入干摩擦,同时选取周期激励频率与系统的固有频率之间存在量级差距,构建了频域两尺度下非光滑动力系统.将周期激励项视为慢变参数,激励系统转化为广义自治系统,考察了广义自治系统平衡点的稳定性以及分岔条件.选取适当的参数值,重点研究了三组参数条件下的簇发现象,即双涡卷情形、三涡卷情形和四涡卷情形.结合转换相图,并考虑到非光滑因素的影响,讨论了相应快子系统的分岔模式,揭示了该类非光滑系统中不同簇发振荡的产生及其沉寂态与激发态之间相互转迁的分岔机理.另外,针对于该类非光滑系统中的多平衡态共存现象,结合吸引子自身的演化行为对涡卷形成的影响,进一步揭示了系统产生特殊振荡现象的原因.     

准零刚度隔振系统的分析及研究进展

基于准零刚度隔振系统的基本原理,对准零刚度非线性系统在简谐力激励和位移激励情况下的动力学特性进行了系统分析,进一步展开论述了准零刚度隔振系统的结构设计理念和研究框架,总结了准零刚度隔振系统的研究现状和准零刚度隔振器的主动控制理论进展.最后阐述了准零刚度隔振中现存许多亟待解决和值得深入研究的方向,提出了准零刚度隔振系统在三维隔振和复杂随机振动等领域尚存的问题,为设计新型的准零刚度隔振系统提供借鉴与参考.     

X型准零刚度隔振器的隔振特性分析

将一种X型结构应用于准零刚度隔振器以改善其低频隔振性能.根据牛顿运动定律建立了系统的动力学方程.利用增量谐波平衡法对非线性常微分方程进行求解,得到系统的幅频响应曲线.讨论了等同约化刚度γ值对系统传递率的影响.研究结果表明:水平弹簧的无量纲预压缩长度的合理区间为 (0,2).在共振区时,γ值的增大可以减小力传递率.在较高频率激励下,γ值的变化对系统隔振性能影响较弱.随着γ值减小,共振区的位移传递率急剧减小.此外,γ值的减小也会引起共振频率减小,并且使得跳跃现象消失.因此,X型准零刚度隔振器的等同约化刚度γ值是一个可以有效反映系统低频隔振效果的理想参数.     

单层准零刚度浮筏隔振特性分析及混沌化

将准零刚度隔振器应用于船舶机械隔振浮筏,构造单层准零刚度隔振浮筏,建立了系统的6自由度动力学方程,利用数值方法对系统响应进行了分析,并评估了系统的隔振性能。结果表明,当激励幅值较大时,因系统刚度具有非线性,导致力传递率曲线出现跳跃现象,准零刚度隔振浮筏系统的起始频率远低于线性浮筏系统,且隔振效率远高于线性系统。进一步,利用最优时延反馈控制方法对浮筏系统实施了混沌化,对于不同激励频率均可实现混沌化,且激励频率越高越易混沌化。     

三自由度碰撞振动系统的余维二擦边分岔与混沌控制

对于一类三自由度碰撞振动系统,利用不连续映射方法讨论擦边周期轨道附近的动力学行为,理论推导1/n碰撞周期运动发生鞍结分岔和倍周期分岔的存在性条件,得出在鞍结分岔和倍周期分岔与擦边分岔同时发生时系统出现余维二分岔,得出的数值仿真与理论推导结果一致;在余维二分岔点附近,结合Lyapunov指数与局部分岔图对系统的分岔与混沌...     

含时滞的磁通Ghostburster神经元模型的Hopf分岔分析

提出了一个含时滞的磁通Ghostburster神经元模型,研究时滞对该神经元系统动力学行为的影响.利用Routh-Hurwitz判据和稳定性理论讨论了该系统平衡点处局部稳定性与Hopf分岔发生的条件;并通过中心流形定理和范式理论分析了Hopf分岔的方向与周期解的稳定性.数值模拟出该系统在不同时滞作用下的时间序列图、峰峰间期分岔图和双参分岔图.仿真结果表明：在不同时滞作用下,该模型的放电行为发生了延迟现象,并通过加周期分岔放电模式呈现出尖峰放电态和周期簇放电态.研究结果有助于解释延迟效应对电磁辐射作用下神经元系统产生的影响.     

基于拓延法电力系统电压稳定性余维二分岔研究

为研究电力系统高维分岔点周期解对电压稳定性的影响,基于Matcont的拓延法以负荷节点处有功功率和无功功率2个参数共同作用,搜索在负荷模型是第一类与第二类动态负荷模型并联的余维二分岔点。结果表明亚临界霍普夫分岔点附近会产生不稳定极限环,倍周期分岔,另一种周期失稳Naimark-Sacker(NS)分岔导致准周期运动,此准周期运动环面破裂会导致混沌发生。双参数分岔研究表明系统余维二曲线上有Bogdanov-Takens(BT)与广义Hopf分岔(GH)。通过周期解分析与时域仿真,指出GH点附近电压不稳定,零Hopf分岔(ZH)电压稳定,首次提出双霍普夫分岔(HH)点为两条Hopf分岔曲线交点。其在扰动后周期解不收敛,HH会到使用系统电压振荡最终失稳。     

屈曲板型高静低动隔振器

针对船舶动力设备低频振动特点,设计一种结构简单新颖,具有准零刚度特性的屈曲板型高静低动隔振器,并加工研制出原理样机。搭建试验平台,对隔振器进行静力加载试验和振动传递率试验,对其准零刚度特性和隔振效果进行试验验证,对比分析高静低动隔振器和传统线性隔振器的隔振性能。试验结果表明,屈曲板型高静低动隔振器具有准零刚度特性,能有效降低共振频率,具有良好的低频隔振性能和较大的隔振区间,且隔振效果优于线性隔振器。     

液压溢流阀的失稳分析和实验研究

分析了液压回路中溢流阀的结构特点,考虑液压油压缩性、管道弹性和阀芯碰撞阀座时的能量损失,建立了溢流阀量纲一形式的数学模型,并进行了Lyapunov指数分析,目的是研究溢流阀的失稳机理和颤振行为.应用非光滑动态系统理论和MATLAB软件绘制单参数和双参数分岔图,理论解释了阀芯离开阀座时的擦边分岔.结果表明,溢流阀入口流量和预设压力直接决定着阀的振荡特性,并且存在着Hopf分岔、擦边分岔、周期和混沌等现象.搭建了测试平台,得到弹簧预压缩量x0=5mm情况下的阀芯位移分岔图,对数学模型进行了验证.     

新型准零刚度振动位移传感系统研究

为解决工程实践中绝对振动位移难以直接测量的问题,提出了一种采用准零刚度技术的新型传感系统。分析了欧拉压杆和传感系统的静力学特性,得到了传感系统具有准零刚度特性的条件;建立了传感系统的动力学模型并对其求解,讨论了传感系统的等效阻尼、欧拉压杆负刚度与弹簧的刚度比和被测信号幅值对测量精度的影响;研究了传感系统在不同激励信号下的动态测量效果。研究结果表明,传感系统可以直接对微幅振动位移进行准确、实时的测量。该新型准零刚度振动位移传感系统可以为全状态反馈振动控制等问题提供一种可行或者更优的测量方案。     

基于准零刚度的被、主动混合控制研究

基于准零刚度原理,分别对负刚度(铰接连杆+水平预紧弹簧)、正负刚度并联体系(铰接连杆+水平预紧弹簧+竖向预紧弹簧)进行了理论研究,并对正负刚度并联实现准零刚度体系进行了有限元分析,在考虑给定弹簧预紧力前提下进行了模态和被动控制(无外界能源输入)效果分析,结果表明设计的准零刚度可以使体系达到较低的固有频率。为了进一步改善被动控制效果,考虑"被动控制+主动控制(有外界能源输入)"的混合控制,主动控制系统包括传感器、作动器和主动控制器,主动控制算法为PID,通过在ANSYS/APDL环境下嵌入主动控制模块实现了混合控制的有限元分析,结果表明混合控制可以大幅改善被动控制效果,为传统精密工程微振动控制提供了一种新思路。     

一个电化学动力系统中的混合模式振荡

为了研究溴化铟(III)在含有大量硫氰酸钠电解液中扩散电化学系统的电流自激振荡,采用回归映射和庞加莱截面,考察混合模式振荡和混沌现象的动力学状态.根据数值模拟结果得出,电流的时间序列以某一特定序列的形式出现混合模式振荡行为,并且出现了相邻两个周期状态交错出现的周期状态和混沌状态;通过电流的分岔图和周期图,从理论上分析了混合模式振荡行为的有序变化.结果表明:电化学模型呈现出的混合模式振荡行为有着规律的周期性变化,这与现有的文献结果保持一致.