一类两自由度分段线性非光滑系统的分岔与混沌

研究了一类两自由度分段线性非光滑系统周期运动的分岔现象和混沌行为.求出系统在各分界面处的切换矩阵,应用Floquet理论分析了该系统周期运动发生Neimark-Sacker分岔和倍化分岔的条件,然后建立Poincare映射,通过数值方法进一步揭示了系统发生的Neimark-Sacker分岔,倍化分岔和亚谐分岔现象.对该系统分岔和混沌的研究,有助于工程中此类弹性碰撞系统的优化设计.     

碰撞阻尼器系统的分岔、混沌与控制

对碰撞阻尼器振动系统推导了周期解存在的条件，并利用Poincare映射和数字仿真进行了分岔与混沌运动的研究。计算结果表明，这种非线性碰撞振动系统在特定的参数条件下，除了稳定的周期运动形态外，还会沿着倍周期分岔、HOPF分岔及拟周期环面破裂等分岔进入混沌运动。因此，为了有效地利用碰撞阻尼器特性控制振动，在设计和使用碰撞阻尼器时应考虑参数满足周期运动的条件，避免由于自身的非线性特性而产生的混沌运动。     

叶轮转子碰摩响应的分岔与稳定性

针对叶轮转子碰摩响应以及周期解的分岔和稳定性开展研究。基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立了叶轮转子碰摩的动力学方程,通过数值计算给出了系统响应随转速变化的分岔图,发现在碰摩时系统出现了多种周期运动和混沌等响应形式,并有倍周期分岔、跳跃以及混沌吸引子的转换等现象发生。将同伦延拓理论和打靶法相结合,在庞加莱截面上通过切向预估和法向校正,形成了一种新的延续打靶法,将其应用于叶轮转子碰摩周期解计算和稳定性分析中,给出了碰摩周期响应的分岔图,发现随转速的变化,系统出现了大量局部稳定的周期解。基于周期解分岔图研究了系统进入和退出混沌的路径,发现系统进入混沌的路径主要是鞍结分岔和倍周期分岔,退出混沌的路径有倍周期分岔、Hopf分岔以及边界激变。     

内圈故障滚动轴承系统周期运动的倍化分岔

针对轴承内圈破损故障,建立轴承三自由度分段非光滑的故障模型,研究内圈故障滚动轴承系统周期运动的倍化分岔现象和混沌行为;求出系统的切换矩阵后,将得到的切换矩阵结合光滑系统的Floquet理论来分析轴承非光滑系统周期运动发生倍化分岔的条件。通过在碰撞面处建立Poincaré映射,用数值方法进一步揭示轴承系统的周期运动经倍化分岔通向混沌的现象;结果表明,当旋转频率接近临界分岔点时,系统有1个Floquet特征乘子接近-1,系统发生周期倍化分岔,随着旋转频率的增加,系统经历了周期二解的Nermark-Sacker分岔,随后又经历了多周期、混沌等复杂的非线性行为。对该故障轴承系统分岔和混沌的研究,可为大型高速旋转机械的安全稳定运行提供可靠的设计与故障诊断依据,也为实际设计时提供理论指导和技术支持。     

分数阶单自由度线性振子双侧对称碰撞振动分析

基于含分数阶微分的单自由度线性双侧刚性碰撞模型,研究了双侧对称碰撞振动系统在简谐激励下的稳定性和分岔行为。利用平均法得到分数阶线性系统的等效刚度和等效阻尼,获得碰撞振动的稳态解;利用迭代法得到更精确的瞬态固有频率,从而获得碰撞振动的瞬态解。在此基础上,得到了双侧对称碰撞振动系统的近似解析解。根据近似解析解,分析了对称n-1-1周期运动的存在条件,并利用Poincaré映射研究了n-1-1周期运动的稳定性。详细分析了当外界激励频率、分数阶阶次和间隙变化时系统的分岔行为。分析结果表明,在双侧对称分数阶振动碰撞系统中,存在着擦边分岔、音叉分岔、倍周期分岔和混沌运动。     

Holmes型Duffing系统动力学特性仿真及实验

针对混沌研究中缺乏可进行有效可重复性实验混沌振动平台问题,设计混沌振动实验台架并开展实验研究。建立近似于在双势阱中粒子运动的数学模型,并分析系统动力学特性,观察到系统出现的周期解和混沌解。利用系统响应随参数变化的分岔特性,得到系统混沌参数区。在实验研究中,进一步确定混沌参数区间,并观察到了Holmes型Duffing系统中初值敏感性现象以及在通往混沌过程中出现的对称破缺分岔和倍周期分岔现象。     

螺旋锥齿轮间隙非线性系统的分岔与混沌

建立了含间隙的7自由度螺旋锥齿轮动力学方程,结合分岔图和最大Lyapunov指数曲线研究了分岔的演化过程及系统参数对系统分岔和混沌行为的影响.结果表明,分岔图与最大Lyapunov指数曲线从不同层面反映了系统随参数变化的全局特性,揭示出系统随参数变化在周期n、拟周期和混沌运动间反复演化复杂过程的全景;随参数变化系统经三种途径嵌入混沌:经倍周期分岔,由长周期运动嵌入混沌;经Hopf分岔产生拟周期运动,由"磕碰"运动嵌入混沌;拟周期运动经锁相嵌入混沌;负载的加重、阻尼系数的增大和刚度系数的减小有利于扩大系统的稳定区域,减缓、抑制分岔和混沌.     

1∶1内共振条件下受基础激励屈曲梁的非线性振动和分岔分析

研究两端固定屈曲梁这种同时含有2,3次非线性项的系统受基础简谐激励作用下的非线性振动响应及分岔演化过程。对屈曲梁的运动微分方程,利用Galerkin方法分离时间和空间变量,应用增量谐波平衡(IHB)法自动追踪屈曲梁的非线性振动响应的周期解和倍周期解,并用Floquet理论分析其解的稳定性。研究表明屈曲梁对称模态的固有频率随屈曲程度而变化,反对称模态的固有频率保持不变。研究发现基础简谐激励作用下,不同屈曲程度时存在两种截然不同的非线性现象:1)在非共振时,反对称模态未能被激发,系统经过发生倍周期分岔通向混沌运动;2)在1∶1内共振条件下,反对称模态在一定的频率区间里会被激发,系统发生Hopf分岔导致具有等间距边频带的准周期运动,最后至混沌运动。利用IHB法得到结果与用Runge-Kutta法得到的数值结果一致。     

振动平板夯周期运动的稳定性与分岔

建立振动平板夯的两自由度动力学模型,采用不同的微分方程对其工作历程进行分段描述。并通过四阶Runge-Kutta法,仿真分析了其周期运动的稳定性以及通过倍周期分岔进入混沌的过程。讨论了系统参数对振动平板夯周期运动和混沌的影响,为提高振动平板夯性能设计提供了依据。     

一类单自由度分段线性系统的分岔和混沌控制

研究了一类单自由度分段线性系统周期运动的分岔和混沌现象.首先求出系统的切换矩阵,应用Floquet理论分析了该系统周期运动发生倍化分岔的条件,然后建立Poincaré映射,通过数值方法进一步研究了系统中发生的倍化分岔现象.最后使用耦合反馈控制方法和外加恒定载荷控制方法对系统经倍化分岔序列通向混沌的运动状态有效地控制到不同的周期轨道.     

轴压粘弹性圆柱壳在横向扰动下的混沌行为

基于大挠度薄壳的Donnell-Kármán理论和Kelvin–Voigt粘弹性本构关系,对轴压粘弹性圆柱壳在横向扰动下的混沌行为进行了研究。导出了关于挠度和应力函数的控制方程,借助Galerkin原理将粘弹性圆柱壳的控制方程转化为二阶三次非线性微分动力系统,用Melnikov函数给出了系统发生Smale马蹄型混沌的临界条件。数值计算分析了轴压载荷和粘性阻尼系数对混沌运动的影响。通过分岔图、位移时程曲线、相平面图和Poincaré映射描述了系统的运动行为。研究表明：当轴压载荷与圆柱壳的材料参数满足一定关系时,系统才有可能发生Smale马蹄型混沌;随着轴压载荷的增大,混沌运动区域逐渐减小;随着粘性系数与外阻尼系数比值的增大,混沌运动区域逐渐减小;轴压粘弹性圆柱壳在横向扰动下既会发生定常运动也会发生混沌运动     

参数激励下粘弹性圆柱壳的混沌行为

基于大挠度薄壳的Donnell-Kármán理论和Kelvin-Voigt 粘弹性本构关系,研究了参数激励下粘弹性圆柱壳的混沌行为。导出了关于挠度和应力函数的控制方程,借助Galerkin原理将粘弹性圆柱壳的控制方程转化为二阶三次非线性微分动力系统。当轴压载荷与圆柱壳的材料参数满足a > 0时,用Melnikov 函数给出了系统发生混沌的临界条件,数值分析了轴压载荷和粘性阻尼系数对混沌运动的影响。用Runge-Kutta 法给出分岔图、位移时程曲线、相平面图和Poincaré映射分析了系统运动行为,给出了a > 0和a < 0情况下系统定常运动和混沌运动的特征。     

Leading Chaos to Period by Two Unfeedback Methods in a Two-degree-of-freedom Vibrating System with Two Rigid Constraints

The equations of the asymmetrical periodic motion in a two-degree-of-freedom vibrating system with two rigid constraints are constructed analytically.Its Poincaré mapping equation is established too.Periodic motions of the system and their routes to chaos are also illustrated by numerical simulation.The ranges of the system excited frequency from periodic motions to chaotic motions are obtained.The chaotic motions of the system are shown by diagrams of Poincaré mapping,phase portraits and diagrams of bifurcation.The chaos controlling methods by the addition of constant load and the addition of phase are dissertated and analyzed numerically by the numerical solution.The chaos of the system is controlled by the two methods.The allowable range controlling variables and the steady orbits of the controlled system are obtained.     

混沌同步控制策略构造方法研究

水下辐射噪声中的低频线谱是影响潜艇声隐身性能的主要因素,线谱混沌化控制技术通过处于混沌状态的非线性隔振系统将低频线谱转换为宽频混沌谱,可以实现频谱重构并降低线谱强度。前期研究表明,利用广义混沌同步方法可以实现变工况下隔振系统的持续混沌化,在某些情况下还能显著减小振幅,为线谱混沌化控制理论提供了新思路。然而,目前要利用广义混沌同步产生小振幅的持续混沌运动,只能通过"试错"来选择合适的混沌同步控制策略,还没有形成系统的方法。为此,提出了一种混沌同步控制策略构造方法。结合耦合Duffing隔振系统对该构造方法进行验证和说明,并将该方法应用于两自由度非线性隔振系统。     

冲击钻进系统的亚谐振动与分岔

A dynamic model of an impact-progressive system is established. The regularity and transition of two types of periodic-impact motions are studied, and the condition for judging the progressive motion of a system is put forward. The dynamic behaviour and the influence of system parameters on progression rate are investigated by numerical simulations. The impact mapping of a vibro-impact system with repeated inelastic impacts is of piecewise property due to synchronous and non-synchronous motions of impact components immediately after the impact, and singularities caused by the grazing contact motions of impact components. The piecewise property and grazing singularity of impact mapping of such systems lead to non-standard bifurcations of periodic-impact motions. The results indicate that the n ? p motion transits to long-periodic multi-impact motion or chaotic motion immediately via grazing bifurcation. The maximum impact velocity of the mass M1 and the largest progression of the system are found to occur during period-1 single-impact motion with a peak impact velocity.     

小型振动冲击式打桩机的周期运动和分岔

用三维映射表示小型振动冲击式打桩机的动力学方程。借助理论分析与数值方法研究了小型振动冲击式打桩机周期n单冲击运动的存在性与稳定性,描述了周期n单冲击运动的特点,讨论了激振器与桩体擦边接触引起的Poincaré映射奇异性对小型振动冲击式打桩机周期运动与分岔的影响。通过数值仿真分析了两类周期n单冲击运动的转迁及混沌运动的形成过程。     

圆柱壳的轴向动力屈曲、参数共振与混沌运动

首先利用线性的动力屈曲方程,对受压的理想圆柱壳稳定性进行了动力分析。接着利用随时间周期变化的轴压载荷,导出Mathieu方程,讨论了轴压柱壳的参数共振。在Donnell-K偄rm偄n大挠度方程中引入惯性力和阻尼力给出圆柱壳的非线性运动方程,借助Bubnov-Galerkin法,将其转化为含有三次非线性的常微分方程。在定性分析的基础上,利用次谐轨道Melnikov函数和同宿轨道的Melnikov函数分别给出了前屈曲和后屈曲情况下发生Smale马蹄型混沌的临界条件。在此基础上,选用适当参数借用MATLAB数学软件,计算运动时程曲线、相图和Poincar啨映射,给出了混沌运动的数字特征。     

基于时间加权反馈控制的永磁同步风力发电机混沌振荡研究

研究基于时间加权的反馈控制方法抑制永磁同步风力发电机(PMSG)的混沌行为。以两台PMSGs作为驱动和响应的发电系统,利用相同和不同状态变量间的反馈信息建立不同的动力学方程,分析相同状态变量反馈控制和不同状态变量反馈控制对PMSGs系统混沌振荡行为的影响。发现了相同状态变量反馈控制对PMSGs系统可实现混沌同步行为,而不同状态变量反馈控制对PMSGs系统具有抑制混沌振荡的作用。在周期时间内把这两种反馈控制结合在一起,分析不同时间加权下PMSGs系统的动力学行为,发现时间分数因子和耦合参数的不同取值可使PMSGs系统产生混沌、混沌同步和混沌抑制等动力学行为。数值仿真验证了基于时间加权的反馈控制器对抑制PMSGs系统混沌行为的有效性。研究结果对提高风能利用率,保证电力系统的安全稳定运行具有重要的参考价值。     

基于分段解析法的智能弹簧隔振系统基础激励响应分析

建立了基于智能弹簧的无阻尼消极隔振系统模型,将干摩擦引起的非光滑动力系统分段线性化,用接缝法求得系统响应的解析解,并对系统可能存在的粘滑振动响应过程进行了分析。通过数值分析,研究了一组结构参数下,系统在滑移起始频率附近的运动特性随工作频率的变化情况。结果表明,在系统的滑移区域,系统响应曲线有较大的畸变,且具有丰富的运动特性,包含单周期响应、多周期亚谐响应、超谐响应、拟周期响应以及混沌响应;在系统滑移区域外,系统维持粘滞状态,基本弹簧与主动弹簧刚性联接,系统运动状态为多周期与非周期运动;通过调整压电陶瓷作动器的控制电压,智能弹簧隔振系统可实现以刚度和阻尼的组合形式减小振动能量的传递。