超音速气流中受热壁板的非线性动力学分析

研究了超音速气流中受热壁板的非线性动力学行为.用规范型方法研究了受热壁板由于Hopf分岔产生的颤振.数值模拟验证了理论分析的结果.利用Runge-Kutta方法对系统进行了计算,给出了系统的相图、分岔图,发现该模型存在混沌运动.当系统参数变化时,该系统可经过倍周期分岔进入混沌或产生阵发性混沌.     

有界噪声激励下单势阱碰撞振动系统的混沌运动

碰撞振动系统的混沌运动是非光滑系统动力学研究的热点问题之一.本文研究了谐和与有界噪声激励联合作用下带平方非线性项的单边碰撞振动系统的同宿轨与混沌运动.通过计算系统的Melnikov函数,推导出系统产生Smale马蹄混沌的必要条件,结合数值仿真验证了该条件的正确性.研究表明,在一定参数条件下有界噪声既可以诱导混沌运动,也可以抑制混沌运动.该研究结果为实现混沌控制提供理论指导.     

颤振系统中一个特殊的几何缩比效应

颤振是弹性结构在气流中发生的一种动力学不稳定现象,确定颤振系统的颤振临界速度和颤振频率是颤振分析的主要目的.数值分析和模型试验是确定系统颤振特性的两个主要手段.本文根据相似理论的第二定理,通过量纲分析证明,对于任何线性颤振系统,在结构材料保持不变的情况下,几何尺寸放大或者缩小n倍,颤振系统的固有振动频率和颤振频率相应的缩小或者放大n倍,而颤振临界速度保持不变.通过简支均匀梁和四边简支板的固有频率公式以及曲壁板颤振临界速度和颤振频率的数值算例,验证了该结论.颤振系统这种特殊的几何缩比效应揭示了在模型风洞颤振实验中,由于要对颤振临界速度进行缩比设计,因此必须使用与原型结构不同属性的材料.     

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.     

一类双自由度碰撞系统的分岔与混沌演化

建立了一类双自由度碰撞系统的力学模型。通过理论分析和数值仿真的方法,研究了该系统在适当参数下发生周期运动。运用四级四阶变步长龙格库塔法和庞加莱映射方法对碰撞系统进行数值模拟,分析了在不同参数时该类碰撞系统经周期倍化分岔向混沌的演化过程,并分析了系统主要参数对碰撞振动系统全局分岔的影响。为工业生产中含间隙机械系统和冲击振动系统的优化设计提供了理论依据。     

双侧增加的分段线性不连续映射的边界碰撞分岔

利用Leonov方法研究了一类左右2侧都增加的分段线性不连续映射的动力学行为.通过调节系统的重要参数l,借助理论分析和数值仿真发现映射存在周期数成等差数列增长的加周期现象,也存在混沌和发散现象; 通过推导周期轨道的边界碰撞分岔曲线,确定了稳定周期轨道区域.根据高复杂度水平周期轨道的边界碰撞分岔曲线,结合双参数分岔图,解释了加周期现象和周期叠加现象.     

含非定点碰撞的平面多自由度机械臂系统运动学与动力学研究

研究多自由度平面机械臂系统的非定点碰撞问题。据机械臂系统的几何特点, 得到相对简单的检验何时、何处发生接触碰撞的方法, 避免一般多体系统确定接触碰撞点的繁琐的迭代搜索过程。运用拉格朗日方法推导非碰撞及碰撞阶段的动力学方程, 并引进牛顿恢复系数, 建立描述含有光滑碰撞过程的机械臂系统运动过程的一般性框架。最后对算例进行数值模拟证实该方法的有效性。     

二元机翼／外挂系统的颤振鲁棒抑制

针对气动弹性系统中由于来流速度扰动弓l起的不确定性,发展了一种新的不确定性建模方法．与传统的不确定性建模方法相比,该方法从气动弹性建模的根源出发,运用信号变换法则使系统的不确定性维数得以降维,进而可以更有效地设计颤振鲁棒控制系统．为了验证新方法的有效性,以一类含多操纵面的二元机翼／外挂系统为研究对象,运用偶极子网格法建立了该机翼／外挂系统的气动伺服弹性运动微分方程,设计了颤振鲁棒抑制系统．数值仿真结果表明,基于新方法的颤振鲁棒抑制系统可以有效地提高该系统的颤振临界速度．     

悬臂梁系统的脉冲控制

为解决悬臂梁碰撞系统的混沌控制问题,利用脉冲微分系统理论和数值模拟技术,对悬臂梁系统的混沌控制进行了研究.结果表明:当悬臂梁碰撞系统出现混沌现象时,若在满足一定条件的时间点上对该系统施加脉冲信号,系统的混沌状态将会得到有效控制.利用龙格-库塔方法对施加了脉冲信号的系统进行了数值模拟,模拟结果表明:在固定时间点处系统的混沌状态得到了有效控制,验证了脉冲控制方法的可行性与有效性.该方法对研究建筑物的动力学行为具有一定的参考价值.     

多自由度碰撞振动系统的位置控制方法研究

基于Lyapunov稳定性理论,推导出了稳定的控制单边约束的多自由度碰撞振动系统达到定义域内预期位置的算法。设计了一个新的位置控制器,使该类系统实现了混沌控制目标。以二自由度碰撞振动系统为例验证了控制效果,并在不同强度的随机激励下讨论了该方法的稳健性。数值模拟表明该方法是研究多自由度碰撞振动系统控制问题的有效方法。