呼吸型裂纹梁的非线性振动

基于梁裂纹在动静力荷载作用下的弯矩-转角曲线,考虑裂纹开闭状态的过渡效应,建立了一种新的呼吸裂纹的瞬变刚度扭转弹簧模型,给出了具有任意裂纹数目梁瞬时模态的统一显式表达式,以及一种呼吸裂纹梁非线性动力响应的近似计算方法.数值分析了含单条呼吸裂纹简支梁的自由振动以及双裂纹悬臂梁在简谐荷载作用下的动力响应.结果表明:该裂纹等效瞬变刚度扭转弹簧模型可较好地描述裂纹的开闭合过程,裂纹梁的瞬时频率介于完全开裂纹梁和完全闭合裂纹梁的自振频率之间,并逐步趋于常数;同时,裂纹的开闭状态以及裂纹所处的梁上下表面位置对裂纹梁的非线性动力响应有显著影响.     

空间含铰可展桁架结构的非线性动力学建模与分析

综合考虑间隙、非线性刚度、摩擦及碰撞阻尼,建立了铰链等效模型,并基于该等效模型建立了含铰可展桁架结构动力学模型。根据铰链的变拓扑结构特点,提出了适用于解决时变非线性动力学问题的附加力方法,对多自由度平面和空间可展桁架进行了动力学仿真,得到了可展桁架的动力学响应。通过设置不同铰链参数和外部激振条件,分析了不同间隙、激振力、摩擦力对含铰可展桁架频率和幅值的影响,结果表明:间隙和激振力增大可导致桁架固有频率降低,响应幅值增大;摩擦力增大可提高桁架的固有频率。多单元桁架伸展臂的动力学试验结果验证了文中建立的含铰可展桁架动力学模型的正确性。     

复合行星齿轮传动系统分岔与混沌特性研究

建立了含中心件平移振动的拉威娜式复合行星齿轮传动系统非线性动力学模型,推导了构件间相对位移并建立了系统的运动微分方程组．采用数值积分法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果．综合运用分岔图、时间历程曲线、相空间轨线、庞加莱截面与功率谱分析了激励频率对系统分岔与混沌特性的影响．结果表明：齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合使得复合行星齿轮传动系统内部具有丰富的非线性动力学行为;增大系统啮合阻尼比可以使系统逐渐摆脱混沌状态,进入稳定的周期运动．     

计及间隙的运动副和机械系统动力学的研究进展

基于近年来计及间隙影响的运动副建模以及含间隙机械系统动力学的研究, 综述间隙运动副连续接触模型、经典碰撞模型、连续接触力模型以及旋转副三维间隙模型等的研究进展, 介绍间隙模型在机械系统动力学非线性特性分析、性能评价与可靠性评估等方面的应用情况, 详细探讨考虑黏滞–滑动过程和接触表面形貌的间隙建模、共形接触建模、不确定参数的含间隙系统动力学分析、运动精度评估以及运动副间隙设计等未来应重点研究的若干关键技术问题。     

考虑接触刚度的含间隙铰接副动态磨损分析

针对大多数含间隙铰接副的磨损计算都非常复杂,精度和效率不能兼得,且很少能够与含间隙铰接副系统的动力学分析动态结合起来考虑表面接触刚度对磨损影响的问题,提出了一种新的含间隙铰接副磨损分析方法。基于无质量杆-弹簧阻尼模型建立考虑接触刚度影响的含间隙铰接副系统动力学分析模型,利用非对称Winkler弹性基础模型计算接触压力分布,釆用Archard磨损理论计算接触表面磨损量,对接触表面轮廓实时更新得出含间隙铰接副的动态磨损量。分析结果表明,在表面接触刚度较小时含间隙铰接副的动态磨损严重,且随系统转速的变化呈现出不同的变化趋势,反映了不同接触刚度下含间隙铰接副的动态磨损趋势。该方法计算精度和计算效率较高且充分考虑了表面接触刚度对含间隙铰接副动态磨损的影响,对含间隙铰接副系统的设计和动力学分析及磨损预测具有一定的指导意义。     

基于扩展卡尔曼滤波和希尔伯特-黄变换瞬时频率的齿轮啮合刚度辨识算法

齿轮副是传动系统中的重要部件,齿轮在啮合过程中会出现单、双齿交替参与啮合的情况,造成齿轮啮合刚度周期变化,引起系统振动.齿轮的啮合刚度与齿轮的状态有关,当齿轮出现故障时,齿轮啮合刚度会发生变化,因此通过监测齿轮的啮合刚度就能够估计齿轮副的工作状态.根据齿轮副的动力学模型建立齿轮啮合刚度的离散辨识模型,提出基于扩展卡尔曼滤波器和希尔伯特-黄变换瞬时频率,利用振动信号对齿轮啮合刚度进行估计的动态辨识算法.仿真和实测结果表明,所提出的方法能够跟踪辨识齿轮的啮合刚度,具有较高的辨识精度.     

固定翼飞机动力学模型的子空间辨识方法

针对子空间模型辨识(SMI)方法这类线性模型辨识技术存在的建模误差,提出一种两阶段固定翼飞机飞行动力学模型辨识方法.首先采用基于辅助变量的闭环SMI方法辨识飞机的近似线性模型;然后,利用该模型构建扩张状态观测器,从而估计出系统中的非线性动态数据;在此基础上,进一步采用神经网络建立系统非线性动态的分散式模型.最后,利用B747飞机6自由度非线性模型进行系统辨识实验,所得结果验证了该方法的有效性.     

基于负刚度原理的低刚度及间隙模拟技术研究

针对颤振专业的相关地面试验和风洞试验中支持系统低刚度以及间隙非线性模拟困难的问题,开展了低刚度及间隙模拟技术的研究。研究中通过分析正负刚度并联支持系统的力学原理,获取了系统的刚度表达式以及在平衡位置处的零刚度条件。据此设计了一种正负刚度并联系统,并开展相关试验。试验表明,该系统刚度呈非线性,并且与理论分析结果吻合。在此基础上,讨论了利用该系统模拟飞行器翼面间隙的可能性,设计了一种基于正负刚度并联机构间隙模拟装置,并开展相关试验。试验结果表明,该间隙模拟装置不仅可以较好地模拟间隙,还可以通过调整相关参数调整间隙的大小。通过此项研究,探索了一种新型的、可应用于各类飞机或颤振风洞模型的低刚度以及刚度非线性支持系统模拟技术,具有良好的工程适用性和应用价值。     

燃气轮机拉杆转子非线性动力学特性研究

针对燃气轮机组合式转子轮盘间存在的非线性刚度对转子动力学特性产生的特殊影响,对比研究了关于拉杆转子三次方和双线性两种非线性刚度模型的动力学特性:首先,基于双圆盘拉杆转子模型,通过三维有限元法计算得到其弯曲刚度随转角的变化规律;然后,采用三次方模型拟合非线性刚度,建立拉杆转子无量纲控制方程,并基于谐波平衡法和Broyden迭代优化算法计算稳态响应,进而分析系统参数对非线性响应的影响规律;最后,基于双线性刚度模型对比研究拉杆转子非线性响应。研究结果表明,两种模型均能模拟转子升降速过程中的幅值突变效应,但两种模型发生振幅突跳现象的原因不同,且在响应不稳定区域附近的动力学特性不同;三次方刚度模型对这种非线性现象的描述更加准确,其数值模拟结果具有更加丰富的非线性动力学行为;为避免突跳现象对转子系统造成的不良影响,通过调整非线性系统的特定参数能够改变幅频响应曲线中不稳定区域的位置,进而有效避免转子系统工作在不稳定的频率范围内。     

负刚度非线性系统的回复力曲面参数辨识方法

针对负刚度非线性振子回复力的辨识困难问题,提出了一种基于回复力曲面的时域非参数辨识方法。对比分析了位移微分和加速度积分的数值处理方法,给出了利用实验数据绘制4种典型负刚度振子三维回复力曲面图及提取刚度力和阻尼力的方法。研究结果表明:对4种负刚度振子的数值模拟,多项式刚度力和阻尼力系数的辨识精度都可达95%以上。通过搭建实验平台对不同加速度水平下的多稳态振子进行了扫频实验,并基于设计方法建立了多稳态振子的回复力表面,表面识别结果与实测回复力面吻合较好,验证了回复力曲面法辨识负刚度非线性振子的有效性。该研究为能量俘获及振动控制领域的非线性研究提供了一种可行的方法。