非线性振动系统基于频率俘获现象的谐振同步分析

基于单质体非线性振动系统的机电耦合动力学模型,在对非线性振动系统起动过程中出现的频率俘获现象定量描述的基础上,考虑非理想振动系统的激振源与系统非线性振动运动的相互影响,研究了双激振源非线性振动系统基于频率俘获作用,实现谐振同步的理论条件。并依据激振电动机驱动系统与振动机械系统之间的耦合动力学模型及试验测定的试验台机械特性参数,通过数值仿真及试验,验证和解释了非线性振动系统频率俘获现象下,系统双激振源的谐振同步问题,指出非理想非线性振动系统的频率俘获现象,以及该现象下的多激振源谐振同步运动与振动系统的非线性强度、刚度、阻尼等参数之间的关系。研究结果对多激振源激励非线性振动系统的谐振同步运动现象分析,提供一定的理论支持和试验依据。     

非线性振动系统非共振振动自同步特性

从理论计算、数值仿真和实验验证三个方面研究一类平面单质体非线性振动系统在非共振工作时的振动同步特性。首先,以反向回转双电机驱动的振动系统为研究对象,考虑其弹性元件的非线性因素,采用拉格朗日法建立其动力学模型;其次,基于Hamilton原理求出系统实现自同步的条件,利用一次近似判别法求出系统稳定同步运行的条件;然后,基于Matlab/Simulink软件,采用4阶龙格库塔法进行数值仿真,对理论推导的自同步条件及稳定性条件进行计算;最后,对一单质体振动样机进行实验测试。仿真结果表明,该非线性振动系统可以实现稳定的0相位自同步运动。通过理论计算结果、仿真结果以及实验结果的相互对比,验证该非线性振动系统同步特性理论的准确性。     

双机双质体振动系统的自同步运动

以双机双质体振动系统为研究对象,进行了自同步运动研究.应用拉格朗日方程建立振动系统主振方向的运动微分方程,通过使用传递函数,得到了振动系统稳态时的同步响应.建立了振动系统主振方向的相对运动微分方程,得到了主振系统固有频率与振动系统稳态时相对运动的同步响应.基于以上动力学模型,对系统进行了数值仿真分析,因为亚共振有其特殊的工程意义,定量研究了振动系统在亚共振工作状态下,两电动机的转速、相位差,及两质体各自的位移与相对的位移.通过计算机的数值仿真验证了理论推导的正确性.     

压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析

为了探索压电谐波电机的机械-压电系统的非线性共振特性,设计了一种集压电驱动、谐波传动和活齿传动为一体的机电集成压电谐波电机。在非线性压电和非线性弹性效应的基础上,建立了驱动系统非线性机电耦合动力学方程。利用Linz Ted-Poincaré法推导了驱动系统非线性主共振响应方程,得出了主共振幅频响应曲线,分析了不同非线性效应对主共振响应的影响,最后通过四阶Runge-Kutta数值法验证了解析解的正确性。结果表明:在两种非线性效应中,非线性压电效应对主共振响应的影响是主要的;压电堆主共振出现在偏离固有频率较远处,且随着频率改变响应值出现跳跃现象;数值解与解析解响应曲线吻合较好。     

齿轮系统谐波共振的多尺度分析方法

考虑齿轮啮合动态刚度、传递误差、齿侧间隙等非线性因素,将时变刚度按5次谐波展开,齿侧间隙按3次多项式拟合,运用多尺度方法分析了单对直齿轮传动系统的谐波共振响应特性,讨论了系统在非共振硬激励下消去长期项的条件,给出了系统中存在的多种频率因子,发现了系统中存在2阶、3阶超谐波共振和1／2阶、1／3阶次谐波共振,推导了稳态振动下的频率响应方程,并绘制了频率响应曲线,分析了静态激励、动态激励、参数激励以及系统中阻尼对稳态响应的不同影响作用。     

反共振振动机械的同步性与同步传动性

对惯性式反共振振动机进行动力学建模与求解,建立反共振振动机的动力学方程和两激振电动机轴的力矩方程,推导反共振状态下的同步性判据、同步传动性判据、同步稳定性判据和同步传动稳定性判据,从理论上证明了在反共振状态下,不但能够实现振动同步,而且能够实现同步传动;同步性指数总是远大于同步传动性指数。因此只要能够实现振动同步传动就肯定能够实现振动同步。在两轴能够实现自同步的情况下,却不一定能够实现同步传动。通过试验验证了理论结果的正确性。     

考虑动态刚度、传递误差及齿侧间隙的齿轮系统谐振分析

在所建立的考虑啮合动态刚度、传递误差、齿侧间隙等多种非线性因素的直齿圆柱齿轮系统非线性动力学分析模型中,将时变啮合刚度按5次谐波展开,齿侧间隙按3次多项式拟合,运用多尺度法对该模型进行了分析,推导了系统主共振和谐波共振响应下的频率响应方程,绘制了相应的频率响应曲线,分析了系统中的静态栽荷和动态栽荷以及阻尼对谐振响应幅值和频率的不同影响作用。     

超磁致伸缩薄膜悬臂梁的非线性变形分析及试验

将双层超磁致伸缩薄膜(Giant magnetostrictive thin film,GMF)悬臂梁的磁致伸缩作用等效为分布弯矩作用,以简化磁机耦合模型。在几何非线性弹性变形理论基础上,根据哈密顿原理推导出超磁致伸缩薄膜非线性变形的控制方程,并给出超磁致伸缩薄膜悬臂梁静态几何非线性变形模型、非线性主共振和超谐波共振响应模型。采用悬臂梁式超磁致伸缩双层膜(铽镝铁—聚酰亚胺—钐铁)进行变形特性的试验研究,发现超磁致伸缩双层膜表现出明显的几何非线性变形特征,悬臂梁端部位移量约为厚度的2/3;同时检测到悬臂梁的超谐波共振现象,前三阶超谐波共振的驱动效率与一阶主共振的驱动效率具有可比性。将所提出的静态非线性变形模型和振动响应模型分别与试验结果对比发现,两个模型可较好地说明双层超磁致伸缩薄膜的非线性变形特性,为有效地利用超磁致伸缩薄膜设计开发微驱动器和微传感器提供依据。     

电励磁直线同步电动机磁悬浮系统H∞鲁棒控制的研究

为解决电励磁直线同步电动机磁悬浮系统状态变量之间的非线性和不确定性扰动问题,提出一种磁悬浮系统H_∞鲁棒控制方法。由电励磁直线同步电动机磁悬浮系统的运行机理,建立电励磁直线同步电动机悬浮系统的悬浮力方程和运动方程,推导悬浮系统的状态空间模型,针对状态空间模型的非线性,在平衡工作点处对其进行线性化,将系统对扰动的抑制问题归结为H_∞鲁棒控制器的设计,通过解Riccati不等式的正定解,得到悬浮系统的H_∞鲁棒控制器。最后,采用MATLAB/Simulink软件进行仿真研究,通过与PI控制比较,结果证明H_∞鲁棒控制方法可使电励磁直线同步电动机具有良好的抑制扰动的能力。     

弹性机构低阶谐振响应不完全同步机理研究

用摄动分析方法，从组合共振的角度，就弹性机构低阶谐振响应不完全同步的机理进行了研究。发现由几何非线性引起的平方非线性环节、内共振和机构运动惯性力的多频分力共同引起的组合并振，是导致连杆、摇杆低阶谐振现象不完全同步的原因。     

Harmonic Wavelet Packet Analysis of Friction-Induced Vibration

Friction and wear tests of a piston ring against the cylinder of a marine diesel engine were conducted on a pin-on-disc tester. The vibration signals under different wear conditions were studied utilizing the discrete harmonic wavelet packet transform (DHWPT). It was shown that the weak friction-induced vibration signals could be extracted using the DHWPT. When the wear behavior is mild, the friction-induced vibration is linear. When the wear behavior is relatively severe, the friction-induced vibration changes from linear to nonlinear. When the wear behavior is more severe, the friction-induced vibration is nonlinear.     

结晶器非正弦振动谐波共振

生产实践中,一些结晶器作非正弦振动的连铸机每次开浇,从起步拉速向工作拉速的升速过程中,在结晶器振动频率远低于振动系统自然频率的情况下,会发生较为剧烈的共振现象,导致钢液液面抖动,严重的还造成漏钢等生产事故。针对此问题,建立振动机构的动力学模型,推导振动激励函数,以椭圆齿轮驱动的非正弦振动为例,对非正弦激励进行谐波分析,给出确定共振区间的方法,分析共振谐波的影响因素。对某钢厂实际振动机构进行谐波共振分析,对该机构的运动状态进行现场测试,测试结果与理论计算结果吻合,揭示了该机构出现强烈横向偏摆的原因,验证了谐波共振。     

数控车床转塔刀架分度时间测量

本文根据数控转塔刀架的特点，给出了由ＩＢＭ ＰＣ／ＡＴ及相应驱动电路组成的数控转塔刀架性能测试系统，由于微机的实时时钟的时间基准过于粗糙，文中提出了加快计算机实时时钟的时间基准频率的方法，以满足使用要求。     

Sliding model synchronous control based on RBFN of multiple exciters in vibration system

Journal of Mechanical Science and Technology - To analyze the synchronization control problems of multiple homodromy exciters in nonlinear vibration system of machinery-material (NVS-MM), nonlinear...     

谐波齿轮传动系统非线性扭转振动仿真软件设计

结合谐波齿轮传动基本原理、非线性动力学理论、数值分析方法和计算机技术等设计方法开发了谐波齿轮传动系统非线性扭转振动仿真软件，该模型考虑了考虑传动误差、非线性扭转刚度以及间隙等非线性因素，仿真软件系统采用Windows界面风格、操作方便简捷、人机界面友好，是专为研究谐波齿轮传动系统的非线性动力学特性而开发的。对XB-80-134H型谐波齿轮减速器的实验结果证明了软件的有效性。软件仿真结果可以为设计以及实验分析提供依据。     

基于谐波平衡法的非线性低频隔振系统振动特性研究

针对非线性低频隔振系统振动响应和振动传递率进行理论研究。基于非线性弹性元件的载荷－位移试验数据建立了非线性低频隔振系统的动力学模型和动力学方程。借助谐波平衡法对该非线性动力学方程进行近似求解,得到该非线性低频振动系统的一次谐波位移响应和振动传递率的近似表达式。分析了不同系统参数对振动传递率和曲线族骨架形状的影响,并对这种影响产生的原因进行了解释。理论结果与试验结果对比显示,当该非线性低频隔振系统工作在有效隔振频段内时,两者吻合良好。     

轴向运动矩形板的谐波共振与稳定性分析

针对轴向运动矩形薄板的非线性振动问题,在给出薄板运动的动能和应变能的基础上,应用哈密顿变分原理,推得几何非线性下轴向运动薄板的非线性振动方程。通过位移函数和应力函数的设定,并应用伽辽金积分法,得到四边简支边界约束条件下受横向激励载荷作用轴向运动薄板的达芬型振动方程。利用多尺度法对系统的非线性谐波共振问题进行求解,得到稳态运动下关于共振幅值的幅频响应方程。依据李雅普诺夫运动稳定性理论对定常解的稳定性进行分析,得到解的稳定性判别式。通过数值算例,得到不同横向载荷和轴向速度下共振幅值的变化规律曲线图以及对应的相图,讨论分岔点变化以及倍周期运动规律,分析横向激励载荷和轴向运动速度对系统非线性动力学行为的影响。     

阻尼连续体简谐基础振动的有限元实现方法

针对简谐基础激励下,阻尼连续体响应结果数值计算存在刚体位移、约束方式、载荷施加方式和数值算法稳定性等限制,依据连续体基础振动原理和有限元数值计算实现过程推导,提出一种求解简谐基础振动响应的有效方法——静力等效载荷法。该方法依据连续体等效载荷形式,结合通用有限元软件和自编数据处理程序,将简谐基础振动问题转化为固定基础的载荷简谐振动。通过某航空涡轮发动机气流测温探针简谐基础振动试验和仿真结果对比表明,静力等效载荷法能够有效地求解阻尼连续体简谐基础振动问题,具有实现简单、结果准确和响应结果直观的特点,且克服了时间历程法和反映谱法的诸多限制,为复杂阻尼结构简谐基础振动、基础冲击和非简谐基础振动等问题求解提供了新思路。     

谐波齿轮传动系统非线性扭转振动分析

考虑传动误差、非线性扭转刚度以及间隙等非线性因素,建立了新的谐波齿轮传动系统非线性微分方程。传动误差采用了新的计算公式。建立了对转矩转角实验曲线采用3阶多项式拟合,然后求导得到刚度公式的方法。开发了非线性动力学特性仿真分析软件。实验和仿真研究系统的动力响应,以及不同频率的误差分量对系统动态响应的贡献,明确了设计、制造及装配中主要的误差控制对象。     

铝合金超声铸造中换能系统的有限元仿真分析

根据任意变截面杆纵向振动的波动方程,推导了用于超声波铸造的换能系统各部分的频率方程,并应用有限元分析软件ANSYS对结构进行了模态分析和谐响应分析,得到了系统的共振频率、位移节点、振速分布和输出振幅等重要参数,并应用多普勒测速仪进行了实验验证.与理论计算结果和试验测试结果比较,有限元仿真分析法获得了较高的精度.