板带轧机液压压下-垂直振动特性研究

考虑板带轧机垂直振动对液压压下系统中四通伺服电磁阀非线性流量的影响,推导出非线性流量变化下的液压缸的非对称分段弹簧力,并建立了板带轧机液压压下-垂直振动动力学方程.运用平均法求解出该轧机振动系统的幅频响应方程,并利用奇异性理论求解了轧机在动态轧制过程的分岔特性,得到4组不同的转迁集及其对应的分岔图,分析了开折参数对轧机分岔特性的影响.最后以实际轧机参数为例,通过仿真发现系统幅频曲线在分段处出现拐弯特性,调整伺服阀响应时间可降低系统振幅不稳定频率区域,通过调整外激励幅值与阻尼比等参数可有效改善系统共振情况,为进一步抑制轧机辊系振动提供理论参考.     

变摩擦力下板带轧机辊系垂直-水平耦合振动特性

考虑轧辊振动情况下轧制界面间变摩擦力因素影响,基于Orowan变形区力平衡理论建立了垂直和水平方向的动态轧制力模型.在此基础上考虑轧机结构振动的影响,建立了板带轧机垂直-水平耦合非线性振动动力学模型.运用多尺度法对该系统进行求解,得到了系统的幅频响应方程,并采用1780轧机参数进行仿真,分析了非线性参数对幅频特性的影响.最后采用奇异性理论分析该耦合系统的分岔行为,得到该耦合系统在2参数平面内的6组不同转迁集及分岔图,这为进一步抑制轧机辊系振动提供了理论指导.     

多频激励下滞后非线性车辆悬架系统的动力特性分析

基于顺行平面Hamilton系统周期-能量关系及KAM理论证明的前期研究基础,通过对滞后非线性车辆悬架系统在多频激励下的受扰振动做进一步数值模拟,给出系统安全拟周期状态及等幅多频激励混沌状态的新参数验证;增加了不等幅多频激励混沌状态的数值模拟结果,界定了不等幅多频激励下滞后非线性车辆悬架系统的动力特性。     

外部动态激励作用下齿轮系统非线性动力学特性

为了研究外部动态激励作用下齿轮系统非线性动力学特性,建立了考虑周期时变刚度、齿侧间隙、黏弹性阻尼和外部动态激励的单自由度直齿轮副系统动力学模型。针对外部动态激励作用下的周期时变刚度、齿侧间隙、激励幅值和阻尼比对齿轮副系统动力学特性的影响,采用增量谐波平衡法来求解齿轮副系统的稳态周期响应,并采用四阶变步长Runge-Kutta数值方法进行了验证。研究结果表明,增量谐波平衡法求解结果与数值仿真结果吻合得较好,齿轮系统在外部动态激励作用下会引起参数共振、多值解和幅值跳跃等非线性动力学行为,增大激励幅值和阻尼比等参数,能够有效控制齿轮系统的非线性振动响应。     

中厚板轧机非线性参激的振动

建立了中厚板轧机两自由度非线性参激振动模型,分析了轧机振动系统在主参数共振情形下的振动特性,尤其是振动系统随激励参数变化的拟周期振动和混沌运动现象。分析结果表明:轧制过程中轧制力的周期性变化可以导致轧机振动系统混沌运动的产生;避免激振力频率与系统固有频率相近,以防止混沌的出现。     

摆式悬吊调谐质量阻尼器基于慢变参数法的非线性优化研究

大幅响应下,摆式悬吊调谐质量阻尼器(PTMD)表现出非线性,以往研究PTMD时,将摆角等效线性化高估了其振动控制性能。文章运用拉格朗日方程推导了非线性模型的运动方程,采用Krylov-Bogoliubov慢变参数法推导了考虑摆角高次非线性的频响函数,并对比不同激励幅值下非线性模型与等效线性模型的结构响应,对PTMD非线性模型基于H₂准则进行了参数优化,得到了不同激励幅值下PTMD的最优设计参数,最后采用最优设计参数对某超高层结构模型进行时程分析验证。结果表明,激励幅值越大,非线性对结构响应的影响越大,等效线性模型越失真;在大幅值激励下,与线性模型优化的结果相比,考虑非线性进行参数优化后PTMD的减震率可以提高约10%。因此,考虑非线性优化设计可以有效提高PTMD振动控制性能。     

基于流固耦合钻柱系统动力学模拟

通过研究钻柱系统的非线性动力学问题,建立了钻柱系统流固耦合动力学方程.利用Galerkin截断方法,将偏微分方程转化为常微分方程,采用Runge-Kutta积分法进行了数值模拟,研究了不同支撑刚度系数下,系统脉动频率、脉动幅值和质量比等参数激励对钻柱系统动力学特性的影响.结果表明,在不同的参数激励下模型表现出丰富的动力学行为,呈现不同的周期运动、拟周期运动、混沌运动和跳跃间断现象.系统由混沌运动通往周期运动的路径为倍周期倒分岔形式;支撑刚度在一定程度上引起系统固有特性的改变,对系统的非线性动力学行为有复杂的影响.     

考虑吊索二阶模态的参数振动及其影响因素分析

索在静力和动力下均表现出较强的非线性特性,且受力索在满足一定频率比的边界激励下会发生振幅远超初始扰动的参数振动.针对悬索桥中存在的这一问题,文中考虑吊索前两阶模态,建立了以桥面振动为理想端部激励的吊索参数振动模型,并以矮寨特大悬索桥为工程算例,分析了成桥状态下吊索在端部激励下的一阶及二阶模态的参数振动,分别利用多尺度法和龙格-库塔数值法得到一致的吊索发生参数振动的条件及响应特性,并且分析了激励幅值、索长、初始扰动等因素对吊索共振响应幅值的影响.工程实例分析结果表明,大跨度悬索桥上的吊索在以桥面振动为参数激励的情况下有可能发生1∶1主共振及1∶2参数共振,激励幅值、索长、初始扰动等因素对吊索共振响应幅值及响应时间有一定的影响.     

非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动特性

同时考虑轧制过程中非线性动态轧制力和辊面振纹导致的非线性参激刚度的影响,建立了非线性动态轧制过程下冷轧机参激振动动力学方程.应用多尺度法求解了轧机发生1/2亚谐共振时的幅频特性方程,得到了阻尼、参激刚度对系统亚谐共振的影响规律,并运用奇异性理论讨论了轧机在非自治情况下分岔特性.最后通过采用轧机实际参数进行数值仿真,得到系统各参数对幅频特性以及分岔和混沌特性的影响规律,发现系统参激刚度的变化会使轧机出现了周期运动和混沌等多种不同的运动形态,为进一步抑制轧机振动提供了理论参考.     

静电激励纳米梁超谐共振电容控制

为研究静电激励纳米梁非线性振动的超谐共振控制问题,以Euler-Bernoulli梁为模型,提出一种非线性振动电容控制方法。纳米梁平行板电容器形成于纳米梁与平行极板间,其电容值随纳米梁的振动而变化,电容式传感器根据电容变化提取振动信号、产生控制电压。控制电压作为控制信号输入控制器控制纳米梁的非线性振动。应用多尺度法求得系统超谐共振的幅频响应方程,分析了振动方程解的稳定性,以及交流激励电压幅值、阻尼、反馈增益参数对系统振动稳定性及振幅的影响规律。应用数值分析方法得到纳米梁振动稳定性与纳米梁参数之间的关系,求得振动响应的稳定解。结果显示:当无量纲阻尼由0.017 5增大至0.020 3或是激励电压幅值减小至1.8 V时,最大振幅分别衰减40%和50%左右;增大阻尼和反馈增益参数能够削弱甚至消除纳米梁超谐振动的非线性特性。该研究结果为控制纳机电系统非线性振动提供了一种新的理论方法。     

弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振响应分析

基于建立的弹性地基不可伸长梁的非线性动力学模型,针对横向简谐激励下弹性地基梁的3次超谐共振响应进行研究,分析了主要参数对其非线性动力学特性的影响.利用多尺度方法,求得弹性地基不可伸长梁的3次超谐共振幅频响应方程,进而得到梁的幅频响应曲线并分析了弹性地基模型、Winkler参数、外激励幅值及边界条件等对梁非线性动力响应的影响.结果表明:三参数模型中第二弹性层促进梁动力响应软弹簧特性的发展,且该模型强化梁动力响应的非线性特性;外激励幅值对梁3次超谐共振响应的动力学特性有一定影响,引起骨架曲线初始偏移量的改变.     

复合材料层合悬臂板的非线性动力学研究

 以飞机机翼的颤振为实际工程背景,考虑高阶横向剪切效应、几何大变形和横向阻尼的影响,基于Reddy的高阶剪切变形理论和von Karman的大变形理论,利用Hamilton原理对纤维增强复合材料层合悬臂板的非线性动力学问题进行了研究。建立了复合材料悬臂板在面内激励和横向外激励联合作用下悬臂板广义位移形式的偏微分运动控制方程。利用Galerkin方法,选取二阶模态对复合材料层合悬臂板偏微分形式运动控制方程进行二阶模态截断,得到了具有三次非线性项、参数激励项和横向激励项的常微分形式二自由度非线性动力学方程。在考虑主参数共振和1:2内共振的情况下,用多尺度法获得了复合材料层合悬臂板四维直角坐标形式的平均方程。在平均方程的基础上,利用数值方法分析面内激励和横向激励幅值对系统非线性动力学特性的影响,得到了1:2内共振时复合材料层合悬臂板动力学方程的平面相图、波形图、三维相图和频谱图。结果表明,随着外激励的变化,系统会出现单倍周期运动、多倍周期运动、概周期运动和混沌运动。     

主共振纳米梁非线性振动电容控制

针对纳米梁非线性振动控制问题,以Euler-Bernoulli梁为模型,提出了纳米梁非线性振动电容式传感器控制方法。纳米梁电容器电容值随纳米梁的振动而变化,纳米梁电容式传感器根据电容变化提取振动信号,并将放大后的振动信号传递给控制器以控制纳米梁的非线性振动。应用多尺度法得到系统的近似解,推导出系统主共振的幅频响应方程。应用数值模拟方法,通过不同控制参数下的幅频图分析了纳米梁振动的非线性动力学行为。研究表明,该方法能够有效地控制纳米梁的非线性振动,通过选取适当的控制参数能够削弱甚至消除纳米梁非线性振动特性。     

基于线性控制参数的非线性汽车悬架最优控制

为研究非线性汽车悬架的振动控制问题,提出一种基于线性控制参数的最优控制方法。建立了两自由度悬架非线性动力学和数学模型,引入速度和位移线性控制参数,采用平均法导出悬架的主共振幅频响应特性,分析了激励幅值、非线性程度及控制参数的变化对共振幅值的影响。对悬架的稳定性进行分析,在保证振动方程存在稳定解的条件下,得到控制参数的取值范围。以悬架的衰减率和振动能量为目标函数,以控制参数取值范围为约束条件,利用最优化方法得到最优控制参数。研究发现,悬架的非线性振动特性受激励幅值和系统非线性程度的共同影响,在控制过程中速度控制参数起主要作用,当两种控制参数取得最佳值时,悬架共振峰值较无控制参数可衰减88%左右,且悬架的非线性振动特性得到消除。最后利用数值仿真,验证了该方法的有效性。     

钢丝绳减振器幅频特性研究

利用钢丝绳减振器的二自由度振动模型,分别讨论了在基础激励条件下质量、阻尼、刚度对系统幅频特性的影响.研究表明,基础的简化质量及刚度对系统共振时的幅值和固有频率都有影响;钢丝绳减振器的阻尼和地基阻尼均对系统共振时幅值影响比较明显,而对固有频率影响较小;其它参数对幅频特性影响较小,同时结果也表现出明显的非线性特性.     

端部激励下拉索空间非线性耦合振动特性

采用考虑拉索重力弦向分力的拉索抛物线垂度曲线,建立了端部激励下拉索空间非线性振动平衡微分方程;以面内横向激励作用下拉索振动为例,采用数值方法分析了拉索在端部激励作用下空间非线性振动特性,证实了拉索产生耦合振动的可能性;讨论了阻尼比和激励幅值对拉索耦合振动的影响.研究发现:拉索发生内共振时对激励幅值范围有一定要求,较大阻尼能抑制内共振的发生,而当内共振发生时面外振动的激起需要一定时间,阻尼使激起面外振动所需时间增长.     

变频谐波诱发轧机传动非线性耦合振动研究

利用扭矩遥测系统在线监测轧机传动轴上扭振信号时,信号特征显示轧机发生机电耦合振动.为研究其机理,利用Matlab/Simulink仿真获得了变频器输出电流基波与谐波分量以及由此产生的电机输出谐波力矩,利用ANSYS分析了轧机传动机械系统的固有特性,建立了含非线性刚度、阻尼项的传动机械系统等效动力学模型,揭示了谐波激励与轧机结构耦合机制及特征.仿真计算表明:减小谐波源幅值和增加阻尼均可大幅降低振动能量.     

温度和桥面激励联合作用下斜拉索非线性振动特性分析

研究热状态下受桥面激励作用的超长斜拉索主参数共振问题。计入斜拉索初始垂度和几何非线性的影响,建立温度场中斜拉索的非线性振动力学模型,推导出热状态下受桥面激励作用的斜拉索面内参数振动控制方程,利用多尺度法求解系统主参数共振的近似理论解,并编制程序进行数值计算,分析温度变化、激励幅值、调谐值、索力、阻尼比对系统振动的影响。结果表明:随着温度升高,斜拉索主参数共振区增大,但其振幅有减小趋势;增大桥面激励幅值,会使得拉索参数共振区显著增大,而增大索力和阻尼,拉索共振区将减小;拉索发生参数振动时具有硬弹簧特性,幅频曲线随调谐值的增大存在多值响应,会出现"跳跃现象"。     

液压缸非线性刚度约束下的换能器振动特性及控制

根据静液式减速带振动能量回收装置的能量收集需求,提出了一种基于液压缸的换能器.对换能器液压缸的非线性刚度特性进行了分析,并得到换能器液压缸等效刚度与活塞位置之间的变化曲线.针对动态特性影响下的换能器的振动问题,建立了一种液压缸非线性刚度约束下的换能器振动模型,并采用平均法求得系统的幅频响应,分析了换能器液压缸非线性刚度、液压缸无杆腔活塞初始位移、换能器系统所受到的外激励幅值对换能器液压缸系统幅频特性的影响.同时,基于李雅普诺夫判别法对换能器系统进行反馈控制研究,分析了控制前后振动速度与位移的关系.结果表明：该反馈控制器是有效的,反馈控制的加入可以减少剧烈振动现象的发生,提高了系统的稳定性.     

一类外激励作用下强非线性扭振系统的振动特性研究

为了研究强非线性条件下相对转动扭振系统的扭转振动,建立了非线性刚度、非线性阻尼和外扰激励作用下的扭振方程,通过MLP法求解出系统的近似解析解,结合多尺度法分析了各参数对系统幅频特性的影响,最后通过数值仿真的方法研究了激励幅值变化导致系统出现的复杂动力学行为,利用分岔图、最大Lyapunov指数图和Poincare截面图描述了系统由稳定到混沌的演变过程,为该类系统的稳定及失稳研究提供了理论依据。