振荡激波作用下壁板的非线性动力学特性分析EI北大核心CSCD

冲压发动机内部的激波串往往存在振荡特征,揭示此种状态下壁板的气动弹性特性对结构安全性具有重要指导作用。基于vonKármán大变形理论和当地一阶活塞流理论,采用Galerkin方法建立了振荡激波作用下壁板的非线性动力学方程,通过龙格⁃库塔法对非线性动力学方程进行数值积分求解,在不同的系统参数(即激波强度、激波振荡幅值以及振荡频率)下,取来流动压为分岔参数,研究壁板在振荡激波作用下的分岔及混沌等复杂动力学特性。计算结果表明:与激波位置固定情况相比,壁板在振荡激波作用下表现出更加丰富的动力学行为,其分岔特性更加复杂。极限环幅值随着激波强度和振荡幅值的增大而增大。激波的振荡容易激发出混沌运动,并且通往混沌的道路为准周期道路。激波强度的增大不会改变通往混沌的道路,而当激波振荡幅值大幅度提高时,不仅混沌区域显著增大,通往混沌的道路不再是准周期道路,而是经历更为复杂的过程进入混沌。     

双转子-中介轴承系统非线性振动特性

针对航空发动机双转子-中介轴承系统建立了简化动力学模型,考虑了中介轴承分数指数非线性、径向游隙和参数激励等非线性因素,以及高低转子系统的双频不平衡激励。采用数值积分方法求解获得系统的非线性振动响应,发现高低压转子分别通过系统一阶临界转速时引起的主共振附近转速区域内均存在振动突跳和双稳态现象,并分析了偏心距、转速比、中介轴承刚度、滚子数目及径向游隙对系统振动突跳与双稳态特性的影响。结果表明:减小转子偏心距能有效降低相应的共振峰峰值并抑制振动突跳行为,但双稳态区间会变宽;提高高低压转子的转速比将引起两个共振峰间距变大,但共振峰对应的转速之比约等于转速比;在一定范围内增大中介轴承刚度、增加滚子数目或减小径向游隙均可使双稳态区间变窄。研究成果有助于认识中介轴承的本质非线性特性对双转子系统非线性振动特性的影响,为提高航空发动机转子系统的运行稳定性提供了一定的理论指导。     

某航空发动机整机系统非线性振动特性分析

以某型号航空发动机整机振动试验台为研究对象，建立了简化的整机动力学模型，考虑中介轴承的非线性弹性恢复力，运用 Newmark?β 与 Newton?Raphoson 法结合进行数值求解，通过对比整机系统中高低压转子处与机匣测点处的非线性振动响应，分析了中介轴承间隙对整机系统非线性振动响应的影响规律。结果表明，随着中介轴承间隙的增大，可能导致整机系统出现振动突跳、双稳态、高低压转子耦合程度降低以及组合共振等现象，其中机匣能够反映内部转子的振动特性，但机匣不同位置测点的情况不同，总体上中后测点在转子出现非线性振动特性时也能观测到相应的非线性振动特性，特别是在出现组合共振时能够表现出更为丰富的组合频率信息。研究结果有助于认识中介轴承非线性对航空发动机整机系统尤其是机匣的非线性振动特性影响规律，对航空发动机机匣上测点位置的选择能提供一定的指导。     

电磁开关强非线性系统主共振分析

以电磁开关系统为研究对象,根据拉格朗日麦克斯韦方程建立三阶非线性动力学模型,应用MLP法得到电磁开关强非线性系统主共振的幅频响应方程及位移和电流分别随时间变化的振动规律,分析系统各参数对系统主共振幅频响应曲线的影响。结果表明,系统的幅频响应曲线存在跳跃现象;随着阻尼系数的增大,系统的振幅减小;随着激励电压幅值增大,系统的振幅和共振区域增大;随着电阻增大,系统的振幅和共振区域减小。     

跨音速流中壁板流固耦合效应的形态演化分析

高速飞行器部件多采用轻质薄壁加筋结构,当飞行器长时间跨音速或低超音速飞行时,这种薄壁结构在非定常气动载荷的作用下会表现出强非线性的流固耦合特征,其中激波运动、边界层效应、流动分离等流场非线性与几何大变形等结构非线性相互耦合作用会使壁板产生失稳行为,引起结构疲劳或损毁。该文基于CFD/CSD耦合数值模拟技术,预测和判别壁板在跨音速气流中随马赫数变化过程中响应形态,发现在跨音速区内会出现明显的单模态颤振形式。随马赫数的增大,其形态演化次序为稳态收敛、第一模态极限环振荡、屈曲、稳态收敛、跨音速颤振、非共振型极限环振荡、共振型极限环振荡、高频周期振荡、高频非周期振荡、第一模态极限环振荡到稳态收敛的过程。当壁板厚度增加、来流密度减小,演化形态会发生变化。同时,当考虑非定常加速效应和粘性效应后,会出现一定的延迟和阻尼效应,对高频非周期振荡起到抑制作用,这对于降低结构的疲劳损伤有积极效果。     

有界窄带激励下的电磁开关系统主共振分析

以电磁开关系统为研究对象,研究电路与磁路耦合系统在有界窄带激励下的强非线性振动问题。建立电磁开关强非线性系统在有界窄带激励下的随机微分方程。应用改进的多尺度法得到系统的幅频响应方程,对窄带激励下系统主共振的稳定性进行计算,并分析系统各参数对系统主共振均方值的影响。结果表明,增大阻尼系数可以减小系统主共振的均方值;增大激励电压可以增大系统主共振的均方值;增大电阻可以减小系统主共振的均方值;增大随机扰动强度,极限环变化不大。     

轧机辊系垂直非线性参激振动特性分析

考虑了轧制界面间的非线性阻尼以及辊系间的非线性刚度,建立了四辊轧机辊系垂直非线性参激振动模型。采用多尺度法求解了系统在不同频率激励下的主共振、超谐波共振以及亚谐波共振的解析近似解,得到了系统的幅频特性方程。分析了该系统的稳定性,得到了阻尼与刚度对系统稳定性的影响关系。分析了非线性刚度、非线性阻尼等参数对系统振动的影响,得到非线性刚度的变化会引起激励幅值的跳跃,导致幅值的振荡。用数值仿真验证了分析结果的正确性。研究结果为抑制轧机辊系这类垂直颤振提供了一定理论指导。     

基于谐波平衡法的双稳态压电发电系统非线性振动特性研究

研究双稳态压电发电系统非线性振动特性。通过谐波平衡法计算获得系统幅频响应方程,分析不同非线性系数、阻抗参数与激励对系统幅值解影响,随激励频率、幅值的变化,双稳态压电发电系统幅值解存在跳跃、多解现象,调节非线性系数及阻抗参数可使不稳定区域范围最小;研究外加激励对功率影响,随非线性系数及阻抗参数的增加,输出功率先增加后减小,通过调节磁化强度与负载阻抗可使系统输出功率最大;通过实验所得频率电压响应曲线及电阻功率响应曲线,验证系统非线性分析结果。可为双稳态压电发电系统工程应用提供理论依据。     

含弹性碰撞作用的双级双稳态结构振动能量采集研究EI北大核心CSCD

提出了一种含弹性碰撞作用的双级双稳态结构(以下简称“碰撞双级双稳态结构”)。碰撞双级双稳态结构是由双稳态非线性级和线性级组成的两自由度串联结构。其中,双稳态级通过斜置弹簧引入双稳态非线性弹簧恢复力,并通过在该级中心线两侧的振子运动轨道上分别布置弹簧引入弹性碰撞作用。通过该碰撞作用,显著增强双稳态级的大幅度跨阱振动响应,提高振动能量采集效率。建立了无碰撞双级双稳态结构的振动力学模型,并通过实验验证了该模型。在此基础上,通过对弹性碰撞部分建模,得到碰撞双级双稳态结构的振动力学方程。基于实验中的参数,开展碰撞双级双稳态结构的数值仿真研究。结果表明,相比无弹性碰撞的双级双稳态结构,碰撞双级双稳态结构能显著提高振动能量采集性能,例如在3.3 m/s2的激励幅值下,结构带宽增加超过10倍(1150.0%),最大功率提升168.2%。通过数值仿真,给出典型激励频率下的系统振动相轨迹图,分析碰撞双级双稳态结构的非线性动力学特性。通过参数分析,揭示弹性碰撞距离和布置的对称性对系统性能的影响规律。     

外激励作用下输流管道伴随内共振的非线性振动分析

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端固定输流管道伴随内共振的非线性受迫振动问题。外激励流固耦合系统固有频率第二阶约为第一阶3倍且激励频率接近前两阶固有频率中间值时会发生伴随强烈内部共振的组合共振,并用多元L-P法求解振动响应,分析前两模态运动及外激励幅值对内共振的影响。数值算例揭示出系统因内共振发生的更丰富、复杂的动力学行为,随激励幅值增大内共振发生趋势降低,响应形式亦发生变化。用多元L-P法研究非线性动力学便捷、高效。     

随机激励下双稳态压电振动发电机的振动特性

基于双稳态压电振动发电机系统参数的非线性,建立了随机激励环境下压电振动发电机的动力学模型。研究了振源频率改变、振源个数选取和振幅变化对系统输出响应的影响,分析了磁间距变化对系统双稳态特性和输出电压的影响。结果表明:当振源频率或振幅改变时,系统响应表现为小幅周期运动、大幅混沌运动和小幅周期运动。当多个振源激励时,压电振动发电机具有更大的谐振带宽和更高的能量转换效率。当磁间距为3.9 mmd6.6 mm时,系统具有双稳态特性,系统响应表现为大幅周期运动,此时压电振动发电机输出电压值最大。     

含常数激励非对称 Duffing 系统的主共振响应及鞍结分岔研究

针对含常数激励的非对称 Duffing 系统开展鞍结分岔特性研究。采用谐波平衡法求得系统在主共振下的周期解,采用 Floquet理论分析周期解的稳定性,利用幅频响应曲线上鞍结分岔点处具有切线铅直的几何特征,计算系统关于常数激励和简谐激励频率的鞍结分岔集,并分析阻尼和简谐激励幅值对系统鞍结分岔集的影响规律。结果表明,在常数激励与简谐激励频率构成的参数平面上,鞍结分岔集由两条曲线组成,其中一条为软特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,另一条为硬特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,两条曲线包围的参数区域为多解参数区,在两条曲线交叉形成的参数区域内,系统存在 5 解共存现象以及复杂的振动突跳现象。随着常数激励的增大,系统软特性逐渐增强、硬特性逐渐变弱,两者对应的共振滞后区从分离到交叉,直到硬特性共振滞后区消失。增大系统阻尼或减小简谐激励幅值有助于抑制系统主共振响应中的多解及复杂振动跳跃现象     

基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性及参数影响研究EI北大核心CSCD

基于双稳态发电建立了在简谐激励下的非线性吸振器的动力学模型。从数值仿真的角度研究了在简谐激励下基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性,分析了激励频率和激励幅值对吸振器发生大幅混沌运动的影响规律。研究了调谐频率比f、质量比μ、非线性强度β和吸振器的阻尼系数γ1对非线性吸振器和主系统动力学特性的影响,得到了主系统发生共振和非共振情况下非线性吸振器的最优参数配置,为非线性吸振器的优化设计提供理论基础。     

基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性及参数影响研究

基于双稳态发电建立了在简谐激励下的非线性吸振器的动力学模型。从数值仿真的角度研究了在简谐激励下基于双稳态发电的非线性吸振器的动力学特性,分析了激励频率和激励幅值对吸振器发生大幅混沌运动的影响规律。研究了调谐频率比f、质量比μ、非线性强度β和吸振器的阻尼系数γ1对非线性吸振器和主系统动力学特性的影响,得到了主系统发生共振和非共振情况下非线性吸振器的最优参数配置,为非线性吸振器的优化设计提供理论基础。     

温度场中输电线在谐扰力作用下的1/3次亚谐共振研究

研究输电线在温度场中谐扰力作用下的1/3次亚谐共振问题,应用动力学方法建立温度场中受谐扰力作用输电线的非线性振动方程。根据非线性振动的多尺度解法,得到系统满足1/3次亚谐共振情况的近似解,并对其进行数值计算。分析温差变化、外部激励、谐调值、系统阻尼等对系统的影响。得到系统失稳的临界温度。系统随着调谐值和温差的增加,响应曲线的幅值增加;随着阻尼的增加,幅频响应曲线向开口方向移动。     

几何非线性黏性阻尼隔振系统动力学特性研究

针对舰船设备用隔振系统中普遍存在的非线性特性，建立了包含非线性刚度、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼的非线性隔振系统数学模型，采用平均法进行解析求解，根据 Routh?Hurwitz 判据得到系统稳定性边界条件，综合研究了线性阻尼、库伦阻尼和和几何非线性黏性阻尼对系统幅频响应和稳定性的影响规律；对非线性隔振系统进行了避跳参数设计，分析了系统参数对避跳边界的影响；通过振动试验进行验证。结果表明：线性阻尼、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼对降低软、硬隔振系统幅频响应峰值，提高系统稳定性都有积极作用，但由于库伦阻尼的“锁定”特性导致硬特性隔振系统幅频响应出现“频率岛”现象，系统稳定性未能得到有效改善，但库伦阻尼有效降低了软特性隔振系统幅频响应峰值，提高了系统稳定性；几何非线性黏性阻尼对降低幅频响应峰值，提高系统稳定性均具有显著作用，同时不会出现“频率岛”现象。     

输流管道含有内共振的横向受迫振动研究

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端铰支输流管道含有内共振的非线性受迫振动问题。对于外激励作用下的流固耦合系统,当第二阶固有频率约为第一阶值的3倍,并且激励频率接近系统固有频率时,系统会发生含有强烈内部共振的主共振。利用多元L-P法求解这种振动响应,并详细分析振动中前两个模态的运动及外激励幅值对内共振的影响。数值算例揭示了系统由于内共振而发生的更加丰富而复杂的动力学行为,并且表明,随着激励幅值的增大,部分内共振的发生趋势将降低并最终消失。研究结果同时证明了多元L-P法在研究非线性动力学方面是便捷而高效的。     

非局部理论的裂纹纳米谐振梁振动特性

以两端固支纳米谐振梁为研究对象,考虑非局部效应、非线性轴向拉伸应力以及裂纹建立其物理模型并推导出运动控制方程。将裂纹等效为连接两段纳米梁的扭转弹簧,研究非局部效应、裂纹参数对系统自由振动固有频率以及振动模态的影响。采用非线性静电力和非线性轴向拉伸应力模型,用多尺度的数值方法研究系统主谐波共振响应的非线性刚度硬化现象与非局部效应系数以及裂纹各参数的关系。数值结果表明,非局部效应系数越大,系统固有频率越小,主共振非线性强度越大。对于两端固支谐振梁系统,裂纹位置对系统固有频率以及主共振非线性强度的影响存在着三个分界点,分别是纳米梁中点以及距离两端四分之一的两个点。研究结果可在微纳米器件的设计、性能改进及健康检测中得到应用。     

基础振动作用下转子‑轴承‑密封系统动力学分析

针对受不平衡质量、轴承油膜、密封流体及基础振动多激励共同作用的转子系统,采用Lagrange 法建立其动力学模型,以Runge?Kutta 法求解系统非线性状态方程,绘制频谱图、分岔图和轴心轨迹来分析系统的动力学特性,并引入振动烈度评估转子的振动水平。对比分析了基础振动对转子系统的非线性动力学特性及失稳转速的影响,并研究了基础振动的形式、频率及幅值对系统动力学特性的影响。结果表明,基础振动使得系统稳定性降低,其对转子系统动力学响应的影响具有明确的方向性。     

多频激励下添加线性振子磁悬浮能量采集系统建模及其输出功率影响参数分析

研究了通过添加线性振子的磁悬浮非线性能量器采集系统在多频激励下的非线性动力学。通过结合运用谐波平衡法和弧长延伸法,近似解析分析能量采集系统在多频激励下中间磁铁的平均功率辐频响应。并通过直接数值方法验证解析结果。研究结果表明,这种磁悬浮能量采集器在质量比增大时,中间磁铁的平均功率幅频响应的共振峰由两个变为四个共振峰,振幅变小,但共振峰的带宽变宽。另外,通过系统参数分析发现,调节系统参数阻尼比和耦合系数,可以优化共振峰的强度和带宽的宽度,以达到增强振动能量采集效果的目的。