TBM液压管道等效固有频率及稳定性研究

针对TBM掘进过程中产生的基础振动对液压长管道稳定性的影响,选取长管道相邻两固定支承及其之间的管道作为一个单元,建立基础振动下管道单元的非线性微分方程,并通过实验验证振动微分方程的正确性,运用等价线性化推导出管道的等效固有频率的数学模型。研究输流管道系统固有频率与稳定性的相关性,分别讨论流体参数和结构参数对等效固有频率的影响规律。结果表明:利用等效固有频率能很好地反映系统的稳定性,两者相关系数大于0.85。随着流速、压力及单元管长、内径的增大或刚度、壁厚的减小,管道系统的等效固有频率降低,系统稳定性降低;随着基础振动的增大,系统等效固有频率越低,越容易失稳。     

转子-滚动轴承系统非线性动力学分析

为揭示转子系统复杂的非线性动力学特性,建立基于滚动轴承接触非线性和间隙非线性的转子系统动力学微分方程.采用数值方法得到转子系统在不同转速和径向游隙下的相图、庞加莱图、频谱图和分岔图等.研究发现径向游隙和转速是影响转子系统非线动力学性特性的重要因素,随着转速和径向游隙的不同,系统中可能产生分频和阵发性分岔现象.     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。     

黏弹性轴向运动变张力梁非线性动力学

在黏弹性轴向运动梁横向参数振动的非线性动力学行为研究中,首次计入因速度变化引起的、沿梁的径向变化的、轴向变张力的影响。给出描述变张力轴向运动梁横向非线性振动的偏微分—积分控制方程。基于微分求积法给出轴向运动梁横向非线性参数振动的数值解,通过观察梁中点的位移、速度随时间变化的历程,识别轴向运动系统的非线性动力学行为。同时,通过从数值解中提取的相图、Poincaré映射图和频谱分析,考察轴向运动梁横向振动的分岔与混沌特性,揭示了工程应用中的非线性轴向运动系统的混沌动力学行为。     

车辆通过连续减速带时的非线性振动特性分析

在7自由度线性系统的基础上考虑悬架弹簧、阻尼和轮胎的非线性,以高速路段的连续减速带作为整车激励,通过对力学模型进行分析并运用拉格朗日法建立系统微分方程。通过MATLAB仿真软件对整车7自由度非线性振动模型的微分方程进行仿真,得到阻尼非线性系数和激励频率的分岔图,发现在一定区域内系统出现复杂的非线性振动,并通过时间历程图、相位图、Poincare截面图和PSP峰值图深入研究系统的周期、拟周期和混沌运动,揭示出阻尼非线性系数和激励频率对系统振动的影响,最后通过拟合即时速度从变速的角度揭示减速车辆通过连续减速带时的振动情况。     

两端弹性支承裂纹管道的非线性动力学特性

研究两端弹性支承输流管道含圆周方向裂纹时的非线性动力学特性。首先,推导出裂纹管道的模态函数与局部柔度系数,然后运用Galerkin离散技术将管道运动方程在模态空间中展开,采用非线性动力学仿真方法得到管道系统响应随各参数变化的分岔图和最大Lyapunov指数图。数值结果表明,这种两端弹性支承的特殊边界裂纹管道在参数激励、自激励和外激励联合作用下,表现出丰富的非线性动力学特性,分别出现周期运动、概周期运动、阵发性混沌和混沌等多种响应形式。     

周期性输流管道的非线性动力学特性研究

基于绝对节点坐标法,推导出不同材料组成的周期性悬臂输流管道在定常内流作用下的非线性动力学方程,通过数值求解的方式对两种不同形式的周期性输流管道,即,铝-钢及钢-铝周期性悬臂输流管道的稳定性和非线性动力学行为进行了研究。研究结果表明,单位长度内,当管道周期数大于8时,两种周期性输流管道的临界流速均趋于定值。非线性分析结果显示,铝-钢周期性输流管道的非线性动力学行为随着周期数目的减小变得越来越复杂,从单周期行为演变为多周期、倍周期、概周期和混沌等多种运动的复杂动力学行为,而对于钢-铝周期输流管道而言,管道一直处于单周期运动状态。     

非线性转子动力学研究综述

综述了国内外非线性转子动力学的研究现状,讨论了非线性转子动力学研究中的7个主要问题,并引述了大量相应的国内外文献,包括：非线性转子动力学研究的一般方法;求解非线性转子动力学问题的数值积分方法;大型转子－轴承系统高维非线性动力学问题的降维求解;基于微分流形的动力系统理论方法;转子非线性动力学行为的机理研究和实验研究;高速转子－轴承系统的非线性动力学设计,最后讨论了非线性转子动力学研究中存在的问题及展望。     

非线性刚度不平衡转子动力学行为研究

本文以线性项和立方项之和来表示转轴材料的物理非线性因素，建立了具有非线性刚度轴的转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法，对转子系统由于质量不平衡故障导致的非线性动力学行为进行了研究，发现此类非线性振动系统具有倍周期分岔、阵发性分岔、倍周期倒分岔、拟周期和混沌等复杂的动力学行为，为此类系统的安全运行和有效识别转子故障提供了理论参考。     

非线性隔振系统反馈控制动力学特性研究

建立含速度反馈控制的两自由度非线性隔振系统模型,推导系统的幅频特性关系式;研究反馈控制增益对幅频特性曲线的影响,得到曲线共振峰随反馈增益变化的规律。当增益增大时,共振峰左移并逐渐消失,本质上反映了该反馈对大幅值振动的抑制过程。通过计算分析反馈控制时系统的Lypunov指数谱随控制参数变化的规律,得到可用于系统混沌控制的参数范围,表明系统在一定的参数条件下可以处于混沌状态和周期状态。通过实验研究观察到系统出现的基频和超谐波响应,通过控制可以使得线谱成分得到有效降低,从而可为非线性隔振系统混沌控制和设计提供有益参考。     

温度对引压管路动态特性的影响

简述了引压管路在压力测试中的应用,并对引压管路动态特性进行了理论分析,研究了温度对引压管路幅频特性的影响。在不同温度下用正弦动态压力校准装置对带引压管路的压力测量系统进行扫频试验,验证了温度变化对带引压管路压力测量系统动态特性的影响。     

拉索_网壳结构的动力特性和非线性动力反应

将空间网壳结构与拉索有机结合便形成拉索-网壳结构体系。该体系不但具有美学特征，更可进一步增大跨度。基于泰勒数学展开公式和变分原理，推导了具有二阶精度的空间杆单元几何非线性刚度矩阵；研究了拉索单元非线性问题，得出了其切线刚度矩阵；给出了结构非线性力学响应计算策略等。通过数值计算，分析了结构动力特性和非线性地震动力响应问题。计算结果显示，拉索-网壳结构的自振频率皆明显高于对应的网壳结构，且频谱较为密集，甚至不同序号的自振频率几乎相同，拉索-网壳结构的地震动力响应不但与拉索长度、截面尺寸、预拉力和布置方式有关，还与塔柱高度、截面尺寸等有关。     

重合度对人字齿轮非线性系统振动特性的影响分析

由轮齿接触分析以及轮齿承载接触分析计算出考虑安装误差的轮齿综合啮合刚度和单齿啮合刚度,提出了考虑齿轮啮合重合度的啮合冲击计算模型,建立了考虑时变啮合刚度、啮入冲击、齿侧间隙的人字齿轮十二自由度啮合型弯—扭—轴耦合非线性振动模型。以某船用单级人字齿轮副为实例,通过改变轮齿高度变位系数调整重合度进行验证计算,将本文提出的线外啮合冲击模型冲击力计算结果与文献[8]中模型计算结果进行比较,验证了本文提出模型的有效性。通过实例计算,结果表明在负载一定的情况下,轮齿啮合周向及小轮轴向振动随着重合度的增大而减小;而当轮齿啮合重合度增大到4.07时,系统振动呈增大趋势。     

两弹性耦合纳米尺度Duffing振子的非线性动力学特性

为了把非线性动力学理论应用于超灵敏质量传感技术,应用积分方程法研究了由两个弹性耦合的纳米尺度Duffing振子构成的非线性受迫振动系统的动力学特性。该方法首先求得控制方程的线性部分对应的级数形式的格林函数,然后把控制方程转化为积分方程,再把积分方程化为代数方程组,最后数值求解该方程组,得到问题的近似解。由数值实验发现,当系统的参数取一组特定数值时,此系统可发生模态局部化现象。而当系统的参数取另一组特定数值时,一个振子的质量的微小变化可引起另一个振子的周期响应发生剧烈变化。     

矩形脉冲激励下双曲正切包装系统非线性动力学特性研究

建立了二自由度非线性包装系统模型,得到了冲击动力学方程并对其进行了数值求解,在此基础上,研究了带有关键部件双曲正切包装系统的冲击响应特性。矩形脉冲为各种脉冲激励中最严酷的,因此选矩形脉冲为研究对象,得到了关键部件的三维冲击谱图。从谱图中进一步讨论了频率比、脉冲激励幅值、阻尼和系统参数对关键部件冲击谱的影响规律,结果表明频率比、脉冲激励幅值、阻尼和系统参数对关键部件冲击响应峰值均有显著影响。为产品缓冲包装设计提供一定的科学依据。     

动力柔化直板叶片动力学相似关系

针对考虑动力柔化效应的直叶片动力学相似模型设计的问题,提出一种考虑动力柔化效应的动力学相似模型设计方法。根据大范围运动板的动力方程推导得到的矩形板动力平衡方程,结合直叶片运动特性,建立基于柔性体假设的直叶片动力平衡方程;运用相似原理,建立考虑动力柔化的旋转柔性直叶片的动力学相似关系;通过分析所建立的相似关系,为了避免过高转速引起试验系统的高阶振动,提出建立旋转直叶片过渡试验模型的方法,并分析其在直叶片刚性与柔性条件下的适用性;最后通过数值验证相似关系的有效性和正确性。     

分析一般支承输流管道的非线性动力学特性

研究两端受到线性弹簧支承和扭转弹簧约束的一般支承输流管道在自激-参数激励-外激励联合作用下的非线性动力学特性,揭示其通向混沌的途径.根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由两端一般支承梁的边界条件得到其模态函数的一般表达式,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用非线性动力学分析方法,研究系统在平均流速和平均压强变化时非线性动力学响应.数值仿真结果表明,在一定的弹性系数下,随着平均流速和平均压强的增加,系统响应的概周期环面逐渐扩大直至破裂,系统响应出现阵发性混沌和混沌运动,表明概周期环面破裂和阵发性是系统进入混沌运动的两种途径.     

一类混合隔振系统非线性动力特性分析

研究磁悬浮—气囊主被动混合隔振系统的非线性动力特性,包括对系统的稳定性分析和位移响应的计算及其模拟仿真。通过对磁悬浮—气囊主被动混合隔振装置的简化,建立与之相适应的非线性动力微分方程;利用谐波平衡法对非线性微分方程进行求解,研究系统方程的幅频响应曲线在不同参数下的变化规律;由Lyapunov稳定性定理对系统进行稳定性判断;通过Simulink软件对整个系统进行模拟仿真得出位移的功率谱曲线,分析结果表明混合隔振系统在低频激励下的稳定性更好,隔振效果明显。     

管线钢疲劳特性研究进展

总结了国内外在管线钢疲劳特性研究方面的进展情况，介绍了在大气及腐蚀环境中管线钢疲劳行为的原因、影响参数。在这些研究结栗的基础上，提出了在我国现有实验条件下，研究X70及以上级别管线钢疲劳行为的具有可行性的方法，包括以较高的加载频率代替管线服役过程中的压力波动频率，以及用小尺寸疲劳试样代替全尺寸实物试验。     

动力扰动下采空区围岩非线性响应演化特性分析

为更好地再现地下金属矿深部采空区爆破扰动响应模型,将实测并去噪的爆破振动曲线作为动力加载,运用三维动力有限差分法,揭示围岩非线性演化特性并探讨采动顺序对其稳定性影响。动力扰动下,采空区顶、底板的最大、最小主应力明显大于其它部位,且出现拉应力;质点爆破振动监测时程曲线非线性特性强烈;垂直振动速度主要集中于采空区顶、底板,最大值25.2 cm/s。爆破瞬间,采空区东帮(先开挖侧)水平动位移值呈非线性上升,出现较大的动应力集中系数波动幅度和水平振动速度最大值(21.9 cm/s);塑性区也主要集中于东帮围岩且剪应变增量也相对较大。研究表明:采动顺序一定程度上影响了围岩稳定性,并且依据动力响应特性分析结果调整参数后的爆破设计有效控制了爆破边界,提高采场稳定性。