充液航天器姿态稳定分析的Casimir方法

充液航天器中的液体燃料晃动将可能导致航天器姿态不稳定性现象的发生．本文采用哈密顿动力学方法研究了半充液航天器姿态运动的稳定性问题．首先将晃动液体等效为弹簧质量块力学模型,建立了液体晃动与航天器姿态多体耦合动力学系统的哈密顿方程,并进一步推导了与耦合动力学系统相关的Casimir函数;借助于Casimir函数并采用李亚普诺夫稳定性理论推导出耦合系统的稳定性和非稳定性条件,最后给出了数值仿真结果及相关结论．     

高速喷漆涡轮系统动力学建模方法

提出了一种考虑支承子系统柔性的高速喷漆涡轮系统动力学建模方法,对机架子系统各转子系统分别建立解析模型,轴承耦合子系统简化为无质量弹簧,利用拉格朗日方程进行综合,得到整个系统的运动微分方程。然后进一步研究支承子系统结构参数对整个系统动态特性的影响规律。     

轴向行进弦附带质量-弹簧振子系统特征值分析

陀螺系统的特征值问题是一个重要课题.通过构造Green函数,解决了轴向行进弦附带单质量-弹簧振子耦合系统的特征值问题.根据Green函数构造定理,给出了耦合模型Green函数的显式形式,从而得到了精确的特征方程.讨论了当振子的特征频率接近于弦线的基频时,行进弦低阶模态与振子间的耦合作用,采用特征频率的最大变化定量地表征了这种耦合强度.数值结果表明:耦合系统的特征频率随着弹簧刚度的增大而增大,随着行进速度的增大而减小.最后,给出了系统可能出现重根的条件.     

振动同步系统中的耦合效应

自同步振动系统是具有典型的协同运动特征的机械动力学系统·系统中两个偏心转子的回转运动相互影响,产生耦合效应,从而改变了系统的运动特征和运动形态·应用非线性振动分析方法建立了系统偏心转子耦合运动的微分方程,给出了耦合参数的数学描述;基于相空间原理,分析了系统耦合运动的非线性特性以及耦合强度对系统运动平衡状态的影响,确定了耦合参数的变化范围;深入研究了偏心转子同步运动的演化过程,导出了系统形成同步运动状态的耦合条件,给出了振动同步系统结构参数设计和选择的工程方法·     

二维耦合干摩擦振子黏滑运动分析

针对工程中广泛存在的二维干摩擦问题,通过引入斜弹簧建立一种可考虑x,y两个方向耦合的振子模型。定义摩擦力方位角来描述动、静摩擦力矢量分量,并考虑振子振动过程中可能出现黏滞,提出了一种分析二维耦合干摩擦振子黏滑运动的方法,给出了二维耦合干摩擦振子黏滑运动的复杂边界条件。基于指数型动态摩擦模型对二维耦合干摩擦振子的黏滑运动进行了数值仿真,给出了x方向和y方向相同激振频率相同相位角、相同激振频率不同相位角、不同激振频率不同相位角3种工况下的仿真结果及系统解随激振频率和相位角的变化规律。仿真结果表明,二维耦合摩擦振子运动中可能出现黏滑状态转换;当x方向和y方向的激励频率和相位角均不相等时,与前两种工况相比,质量块的运动轨迹、系统相图均为更加复杂的平面曲线,同时一个周期内系统可出现多次黏滑转换;两个方向激振频率相同时,改变激振频率和激励相位角,系统的解均没有出现次谐波,振子为周期运动。所提出的方法可为进一步研究二维耦合干摩擦振子的动力学特性及运动稳定性提供参考。     

对称耦合双振子的复杂运动

建立了一个双弹簧对称耦合的振子系统.计算了通过升维降阶技术得到的一个等价系统的Lyapunov指数,表明振子的运动或为混沌或为准周期.振子中没有引入能量耗散,其运动轨迹因初始条件不同而有很大不同.最后指出,判断这样的系统性态,唯一可靠的方法是计算Lyapunov指数.     

弹簧摆的混沌行为

对受迫阻尼弹簧摆系统的运动进行了分析,结合数值计算和理论分析判断了非线性方程的解的各种性质,即系统运动的各种状态,结果表明,在系统参数的某个范围内,弹簧摆的运动状态呈现十分丰富的分岔、混沌等现象。     

刚柔耦合弹簧摆的复杂动力学行为

 针对同时具有快慢变量的时变、强非线性刚柔耦合的多体系统, 利用弹簧摆模型定性分析和数值模拟系统复杂的动力学行为.建立双时间尺度变量刚柔耦合弹簧摆的无量纲动力学方程, 从能量守恒角度出发, 比较、选择更适用于容易产生刚性问题的数值求解方法.将不同时间尺度变量之间的频率比和初值摆角作为控制参数, 数值模拟分析弹簧摆在较大频率比和大摆角初始条件下, 大范围摆动和小幅度振荡相耦合的复杂动力学行为, 给出了一定范围内系统快慢变量呈现不同动力学性态所对应的参数域.结果表明, 双时间尺度变量系统随着不同尺度变量之间频率比和初始条件的变化呈现出包括混沌的复杂动力学行为, 尤其大摆角初值更容易导致快慢变量产生混沌行为, 这为进一步刚柔耦合多体系统动力学行为的定性分析、数值仿真研究打下一个基础并提出参考和依据.     

煤系地层水平井低流速液流有杆泵泵阀运动特性

综合低沉没度和大斜度等因素耦合作用的影响,推导泵阀阀球伴随弹簧运动和造斜段泵腔液流连续流动的微分方程,建立水平井造斜段泵阀随液流运动的数学模型,依据数值求解结果揭示低流速液流中泵阀伴随弹簧的运动特性。结果表明:低沉没度和大斜度等因素耦合作用下,增大冲程和冲次会提高泵阀阀球伴随弹簧运动的升程、速度和加速度,且增大冲程更有利于提高低流速液流入泵流速并使液流顺利进泵,下冲程中弹簧力与阀球重力的双重作用使得固定阀球伴随弹簧快速复位,这有利于顺利开启游动阀球和提高泵效;低流速液流中水平井泵阀开启瞬间的阀球加速度会出现短暂的周期性波动并在短时间内迅速变小,易引起阀球"抖动"现象并降低泵效,且增大冲程和冲次将缩短阀球加速度趋向平缓的时间。     

弹簧——质点系统运动特点分析

本文将解波动方程和M.leclerc的能量方法相结合,分析了弹簧——质点系统的运动特点,得出了系统各振动模式的能量分配、弹簧的动态弹性常数和等效质量的一般表达式。     

“自举”系统运动规律的分析与研究

对重力场中一个轻弹簧联结的双质点系统 (简称“自举”系统 )的运动情况进行了分析和研究 ,给出了系统实现“自举”的条件及其运动规律     

弹性摆的小振幅小摆角运动

以非线性动力学理论为基础，用解析方法分析包括有质弹簧在内的弹性摆小振幅、小摆角的基本运动规律。确定了有质弹簧弹性摆在稳定奇点附近以小振幅、小摆角运动时，系统的运动仍为两个正交方向振动的合成     

低杂波天线前的快往复探针系统及其对刮削层的测量

为了探测射频（ＲＦ）波对中心等离子体的耦合机理,一个快往复式探针系统被装在ＴＯＫＡＭＡＫ的低杂波天线上,用圆柱形的压缩空气驱动器和弹簧,系统能在１．５秒钟内沿水平方向上可靠的运动２５厘米。一个空间分辨率达１－２毫米的双探针测量系统测出了最后一个封闭磁面和第一壁之间的刮削层（ＳＯＬ）等离子体的大致情况,电子密度ｎｅ和Ｔｅ温度与三探针测量结果符合的非常好。当ＬＨ波对中心了子体耦合得非常好时,观察到ＬＨ     

高速电力机车二系弹簧系统的改进设计

高速电力机车行驶速度很高 ,轮缘冲击内轨道的激振力显著增强 ,引起一系和二系弹簧系统的刚度降低 ,蛇形运动加剧和晃车现象产生。为此 ,本文对两系弹簧系统的设计进行改进。计算表明 :改进后的两系弹簧系统在各个方向的刚度都显著增加。     

基于弹塑性接触的柔性多体系统碰撞动力学

为了研究作大范围回转运动的柔性梁与固定刚性质量发生正碰撞的动力学问题,该文以柔性多体系统刚柔耦合动力学理论为基础,考虑非线性耦合变形项和碰撞力势能概念,利用假设模态法和Lagrange方程建立了含碰撞力的系统刚柔耦合动力学方程.该方程可以处理系统无碰撞和有碰撞的全局动力学问题.基于单轴压缩弹塑性接触模型将接触碰撞过程分为弹性加载、塑性加载和弹性卸载3个阶段,给出了描述碰撞过程的方法和接触判定条件.碰撞动力学仿真算例描述了碰撞过程中的碰撞力、变形、角位移等动力学特性.弹塑性接触模型与非线性弹簧阻尼模型的仿真结果对比发现,两种接触模型描述接触碰撞阶段和碰撞能量损失的方法不同,得到的碰撞力大小亦不同;弹塑性接触模型更接近实际情况,适用性较强.     

自适应动网格在流体-浮体耦合运动中的应用

为了解决流固耦合问题中物体大幅度运动带来的困难,更精确地计算波形变化和物体的受力,用任意拉格朗日-欧拉方法导出了带自由表面的流固耦合运动计算模型.在计算过程中用动网格方法跟踪浮体的运动,并用自适应网格在自由表面附近进行加密.计算了无粘流体、粘性流体中浮体的运动规律,并与理想弹簧-物体振动模型理论解进行了比较,同时计算了浮体在粘性流体中的侧倾振荡.结果表明,在无粘流体中浮体的垂直振荡与理论解符合得较好;在粘性流体中物体的运动为阻尼振动,与实际相符得较好.浮体在粘性流体中的侧倾振荡为阻尼运动,其侧倾角度随时间的增加而减小,在小角度时侧倾振荡与理论解接近.计算结果验证了计算程序的可靠性与精度,为ALE(arbitrary lagrangian eulerian)方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础.     

电磁振动给料机中多层板弹簧的刚度建模

多层板弹簧在工作中受到长期交变应力的作用。为了防止板弹簧疲劳折断、开裂,需要对其动力学特性及其刚度进行分析。本文在对多层板弹簧刚度建模的国内外研究现状进行分析总结的基础上,对振动系统中的多层板弹簧刚度与结构参数进行了研究,把多层板弹簧按两端完全紧固的梁来考虑,但是认为板弹簧变形时一端固定不动,而另一端相对于此端作平移运动,平移运动端只有挠度的变化而转角为零。同时在计算过程中,把此种结构的板弹簧视为一端固定而另一端受载荷作用的超静定悬臂梁,建立的超静定多层板弹簧的刚度模型和计算方法科学合理,具有一定的可行性。     

应用有限元法对盘式制动器制动噪声分析

建立了某盘式制动器的有限元模型,利用线性弹簧力模拟制动摩擦面间的法向力, 摩擦力为线性弹簧力与摩擦因数的乘积.对系统进行复特征值分析, 根据复特征根实部为正值判断制动系统产生不稳定性, 即发生制动尖叫的倾向.计算结果表明,摩擦系数对系统制动噪声的形成有重要影响,制动噪声发生时系统具有模态耦合的特点.     

弹簧摆碰撞减震系统计算模型研究

目的为了减小高柔结构在地震作用下的动力响应,提出了弹簧摆碰撞减震系统,以降低高柔结构在地震作用的动力响应.方法基于拉格朗日方程及HertzDamp碰撞模型推导了弹簧摆碰撞减震系统的运动方程;选取El Centro地震波验证了弹簧摆碰撞减震系统的减震效果;分析了地震强度对减震效果的影响.结果弹簧摆碰撞减震系统减震效果受地震强度影响,地震动烈度越大减震效果越好.在弹簧摆未与限位器发生碰撞时,阻尼器依靠弹簧振动与整体摆动的内共振现象增强吸震效果;在弹簧摆与限位器发生碰撞时,依靠撞击耗能来降低结构动力响应.在中震作用下,弹簧摆碰撞减震系统减震率为13%~19%.结论弹簧摆碰撞减震系统充分利用了弹簧摆的内共振现象及碰撞冲力做功耗能两种减震机理,减震效果良好,适用于超高层结构及高耸结构的振动控制.     

耦合非线性系统特性研究

采用耦合非线性RLC系统,研究了相干小信号放大,实验结果同理论符合·耦合系统产生周期或准周期环面运动向混沌运动过渡。耦合系统能够压缩2″T周期倍化的参数空间,扩展了混沌运动的区域,从而方便地观察到了高阶分岔,测量了3~nT型分岔的普适常数。这对于研究5~nT,7~nT、13~nT等素数周期分岔都是适用的。