弦-梁耦合系统的动力学行为分析

本文研究了弦-梁耦合系统在初始平衡解处的稳定性与分岔情况,给出了特征值随阻尼参数的变化情况,并利用稳定性分析和特征值分析等解析方法,得到了初始平衡解、周期解和拟周期解的稳定边界以及导致Hopf分岔和2维胎面等分岔解的临界分岔曲线。最后,利用数值模拟方法研究了弦-梁耦合系统的稳定性与分岔情况。     

含平方阻尼项的Mathieu-Duffing系统混沌与分岔研究

旨在研究含平方阻尼项Mathieu-Duffing系统的共振与混沌。利用多尺度法探究系统在参数和受迫联合激励作用下主共振的幅频与相频特性。基于Lyapunov第一方法给出定常解的稳定性条件并判定系统存在的周期解支。依据系统异宿轨道参数方程推导系统出现异宿轨道横截相交及系统发生混沌的必要条件。根据分岔图、相轨迹图以及Poincare截面研究激励幅值与激励频率对系统进入混沌运动性态的影响,证实激励频率与激励幅值的变化均可导致系统经倍周期分岔进入混沌状态。     

滚动轴承-JEFFCOTT转子系统非线性动力响应分析

分析了滚动轴承运动时的非线性轴承力,建立了考虑非线性轴承力的滚动轴承-Jeffcott刚性转子系统的动力学方程,并用数值方法对其求解.利用分岔图和poincaré映射图,分析了滚动轴承-Jeffcott转子系统的非线性动力响应行为.结果表明:转子系统具有丰富的周期和非周期(拟周期或混沌)响应形式,转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔,合理的选择转子系统的结构和工作参数,如转速,游隙和阻尼,可降低系统的不稳定性.     

垂直简谐激励下阻尼颗粒动态特性研究

在垂直简谐激励条件下,通过稳态功率输入法对颗粒阻尼纵向耦合结构系统的动态特性进行了研究和分析。实验结果表明,在简谐激励作用下由颗粒体引起的周期脉冲力对系统的损耗功率并不产生影响,损耗功率只与激励频率有关。由颗粒体产生的损耗功率和附加质量存在明显的临界点(转捩点)现象,在临界点之前,阻尼颗粒不损耗能量,附加质量变化不明显;临界点之后,损耗功率随激励强度增加而增大,附加质量随激励幅值的增加而变小,且对激励频率的变化不敏感。最后,通过阻尼颗粒的相态特性对出现临界点值现象加以解释。     

颗粒阻尼吸振器试验研究

结合动力吸振器的工作原理,将颗粒阻尼器弹性支承于主结构上组成颗粒阻尼吸振器。颗粒阻尼吸振器旨在解决两个问题:(1)为传统动力吸振器提供较大阻尼抑制共振峰而不影响其吸振性能;(2)微小振动加速度(小于1g)或振动惯性力无法克服颗粒间的静摩擦力时传统颗粒阻尼器的失效问题。对安装了颗粒阻尼吸振器的悬臂梁结构进行了动力学特性试验,与同等条件下刚性支承颗粒阻尼器以及传统动力吸振器进行了比较,试验结果表明颗粒阻尼吸振器达到了预期的设计效果,很好地弥补了颗粒阻尼在微振动环境下的不足。此外,颗粒阻尼吸振器的阻尼仅取决于吸振器质量的加速度,与主从质量之间的相对速度无关,故大阻尼对其吸振性能不产生任何影响,可以按照传统的无阻尼动力吸振器进行参数设计。     

多间隙弯扭耦合齿轮非线性振动的分岔特性研究

采用集中质量法,建立了齿轮-转子-轴承系统的四自由度的弯扭耦合的非线性振动模型,模型考虑了齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、支承间隙以及综合传递误差等非线性因素;推导出系统的量纲一振动微分方程,采用数值积分方法研究多间隙弯扭耦合齿轮传动的运动随转速、齿侧间隙、支承间隙以及阻尼等参数的分岔特性,同时结合Poincaré截面图,全面系统的分析了转速、啮合阻尼、齿侧间隙以及支承间隙等参数对系统分岔特性的影响。结果发现,在一定的齿侧间隙和啮合阻尼下,随着转速的逐渐增加,系统进入混沌的途径包括激变和拟周期分岔,且随着阻尼系数的增加,系统的分岔和混沌运动被抑制,表现为其混沌区域宽度逐渐降低;在一定的转速和啮合阻尼下,而随着齿侧间隙的逐渐增加,系统会从通过激变进入混沌的途径转变成由倍周期分岔途径进入到混沌,且系统在不同的啮合阻尼下最终锁相为混沌、周期四、周期二和周期一运动;在满足一定的转速和啮合阻尼条件下,随着齿侧间隙的增加,系统可通过倍周期分岔进入并锁定为Naimark-sacker分岔。在满足一定的转速、啮合阻尼和齿侧间隙的条件下,随着支承间隙的增加,系统运动进入狭窄的周期五窗口后锁相为周期一运动,且从系统的控制方程和数值解可以发现支承间隙对系统的运动的影响较弱。     

一类周期系数力学系统的Hopf-Flip分岔

研究了一类周期系数力学系统因周期运动失稳而产生Hopf-Flip分岔的问题.首先根据拉格朗日方程给出了该力学系统的运动微分方程,并确定其周期运动的具有周期系数的扰动运动微分方程,再根据周期系数系统的稳定性理论建立了其给定周期运动的Poincaré映射,进一步根据该系统的特征矩阵的特征值穿越单位圆情况分析判断该Poincaré映射不动点失稳后将发生Hopf-Flip分岔,并用数值计算加以验证.结果表明,非共振条件下,系统的周期运动可通过Hopf-Flip分岔,进而演变成次谐运动,而三阶强共振条件下系统周期运动失稳后形成不稳定的次谐运动.     

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.     

一类三自由度含间隙系统的分岔与混沌

通过对工程中一种三自由度弹簧摇床的建模,选择一个碰撞界面作为Poincaré映射的截面,解析法和数值法相结合,证明三自由度含间隙系统通向混沌的道路不仅有典型的倍周期道路、拟周期道路和阵发性混沌,而且还存在包含Neimark-Sacker分岔的倍周期道路、包含叉式分岔的倍周期道路等复杂的混沌演化过程。对该系统分岔与混沌行为的研究,为工程实际中含间隙机械系统和冲击振动系统的优化设计提供了依据。     

含对称刚性约束振动系统的周期运动和分岔

研究了两类含对称刚性约束振动系统的周期运动和分岔。刚性约束导致两振动系统在简谐激振力作用下发生碰撞振动,并呈现不同的碰撞形式。对比两类系统的相关结果,讨论了间隙值和激振频率对两振动系统对称碰撞周期运动的稳定性和分岔的影响,分析了对称碰撞周期运动的分岔规律。对于较大的间隙值,激振频率的递减通常导致对称碰撞周期运动首先发生Neimark-Sacker分岔;对于较小的间隙值,激振频率的递减通常导致对称碰撞周期运动发生叉式分岔。研究了单周期对称碰撞运动、单周期反对称碰撞运动、单周期4-碰撞运动、倍周期4-碰撞运动和倍周期6-碰撞运动的Neimark-Sacker分岔。研究结果表明间隙值和激振频率的变化可能导致含对称刚性约束振动系统呈现复杂且形式多样的概周期碰撞运动。