非线性弹性地基上悬臂输流管的受迫振动

本文综合考虑地基的剪切效应、非线性刚度和粘滞阻尼的影响,建立了非线性Pasternak地基上输流管的运动控制方程。基于Galerkin法研究了基础激励作用下非线性弹性地基上悬臂输流管的非线性动力学行为,着重讨论了基础激励和地基剪切刚度对系统动力学特性的影响。结果表明：系统在基础激励作用下具有非常复杂的动态响应,包括多种形式的周期、概周期和混沌运动;地基的剪切刚度对系统的动态特性有重要影响,随着地基剪切刚度的增大,在基础激励参数区域内系统的概周期和混沌运动窗口逐渐减小,当地基剪切刚度足够大时,系统将始终处于周期运动状态。     

具有操纵面立方非线性机翼的混沌响应

以二元机翼-操纵面立方非线性系统为研究对象,基于能量方法和活塞理论建立了三自由度二维翼段-操纵面的运动微分方程,采用当量线性化方法计算出系统极限环颤振频率,然后将操纵面孤立成单自由度系统,借用现有的单自由度杜芬振子的混沌运动的解析条件来分析操纵面在极限环颤振频率下的响应情况,从而预估原系统的混沌运动存在区域,并用数值积分方法研究了系统的复杂动力学响应。结果表明:在理论分析所获得的混沌运动区域内,系统确实存在混沌运动,但从数值模拟的结果上看,在上述的区域内,系统还存在一些狭窄的周期窗口。     

一般支承条件下输流管道的非线性动力学特性研究

摘要: 研究两端一般支承垂直放置的输流管道系统,采用非线性动力学分析方法,研究其在自激、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学特性,分析系统出现混沌运动的参数条件和进入混沌运动的途径。数值仿真结果表明,随着平均流速和质量比的增大,系统响应交替出现周期和混沌运动两种形态。系统进入混沌运动的途径为倍周期分岔,由混沌转化为周期运动的途径为倍周期倒分岔。混沌运动和周期运动出现的参数与流体的平均流速和管道端部的支承/约束刚度有很大关联,随着管道端部约束刚度的增大,系统出现混沌运动的区域减小,说明管道端部的约束刚度有益于抑制混沌运动的发生。     

分析弹性地基一般支承输流管道的动力学特性

研究Pasternak双参数地基一般支承输流管道的线性固有频率及非线性动力学特性。综合考虑管道黏弹性系数、地基的剪切效应、线性刚度的影响,建立了系统运动微分方程。根据两端一般支承的边界条件推导出线性系统固有频率方程,分析了基础激励与脉动流作用下,流速对系统非线性动力学特性的影响。数值结果表明,管道一阶临界流速随弹性系数的增大呈现先增大后减小的趋势,当弹性系数足够大时,管道随流速的增加发生一阶、二阶模态耦合现象;系统响应随流速变化呈现由倍周期分岔过渡到混沌运动的特性;当管内流体流速足够大时,系统响应保持混沌运动状态。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

非线性弹簧支承悬臂输液管道的分岔与混沌分析

研究悬臂输液管道系统在自激励、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学行为,揭示系统运动的规律。建立了非线性弹簧支承悬臂输液管道的运动微分方程,以线性弹簧支承条件下悬臂梁的固有频率和振型函数作为近似,采用李兹-伽辽金方法对非线性运动微分方程进行离散化,经过数值计算,利用分岔图、相图和功率谱图分析系统的非线性动力学响应,得到了流体平均流速和流体与管道质量比对系统周期运动和混沌运动的影响规律。研究结果表明,当流体平均流速较小时,系统的响应首先表现为周期运动,随着流体平均流速的增大,系统的响应通过系列倍周期分岔而进入混沌运动,又经由系列倍周期倒分岔转化为周期运动。随着流体与管道质量比的减小,系统出现混沌运动的临界流体平均流速值减小,这说明通过改变流体与管道质量比参数可以控制系统的振动形态。     

含磨损故障的齿轮传动系统非线性动力学特性

为揭示磨损故障对于齿轮传动系统非线性动态特性的影响,利用Archard和Weber-Banaschek公式分别计算了齿面动态累积磨损量和磨损齿轮对的时变啮合刚度。建立含有非线性齿侧间隙、内部误差激励和含磨损故障的时变啮合刚度的三自由度齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学方程。采用变步长Gill积分方法对动力学模型进行了数值仿真分析,以系统的激励频率为分岔参数,计算系统的对应的分岔图;引入GRAM-SCHMIDT方法对系统的Jacobi矩阵进行正交化处理,计算系统的李雅普诺夫指数谱,同时结合Poincaré映射图和功率谱验证了李雅普诺夫指数谱和分岔图计算结果的正确性。通过研究发现了系统内部存在的丰富非线性现象,包括倍周期分岔途径、阵发性途径和多种拟周期通过锁相进入混沌的现象;在系统经由拟周期进入混沌的过程中发现了交替出现的拟周期与锁相现象以及拟周期运动时功率谱分量存在的Farey序列现象。研究结果表明含有磨损故障的齿轮传动系统具有非常复杂的动力学特性,而系统由周期运动进入混沌运动的途径也是丰富多样的。     

主轴-滚动轴承系统三种分岔形式

摘 要：为了深入探讨主轴-滚动轴承这种具有接触非光滑因素的系统的失稳机理和分岔的产生机制,本文建立了一个基于Hertz接触力模型的6自由度系统动力学微分方程,对主轴系统从稳定到失稳的机制和途径进行了研究,探讨在非平衡力作用下,具有负游隙的机床主轴-滚动轴承系统的非线性动态特性。研究结果表明,如果轴承的内圈以很低的速度和滚子相接触,随控制参数频数比的变化,会产生擦边分岔。擦边分岔将导致系统响应从倍周期运动转迁为周期运动,从周期运动转迁为拟周期运动,从拟周期运动转迁到混沌。此外,倍周期分岔及环面倍化分岔也是使得主轴系统运动演化为混沌的重要形式。以上研究结果加深了我们对主轴-滚动轴承系统中混沌演化形式的理解,并丰富了机床主轴非线性动态理论的研究和应用。     

支承阻尼对多自由度齿轮系统非线性动力学的影响

基于周期扩大法的思想,在考虑齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、齿面摩擦等非线性因素的基础上,建立了齿轮副的六自由度非线性动力学模型;采用数值积分方法求解系统响应,结合分岔图、poincaré截面图、FFT频谱及最大李雅普诺夫指数图(Largest Lyapunov Exponent,LLE),系统地分析了支承阻尼对齿轮系统的影响。结果发现:支承阻尼的提高对系统的混沌吸引子和吸引域有着明显影响,会使其逐渐减小,并使系统的混沌运动逐步退化稳定的周期运动,进而使系统的分岔特性变得更为复杂;随着支承阻尼的提高,系统在径向和扭转方向的1/2次谐振幅度有所降低;支承阻尼对轮齿的啮合的状态有着重要影响,在一定转速区可使系统发生双边冲击到单边冲击的变化。     

转子系统碰摩行为的研究

应用非线性动力学现代理论对一个带间隙转子系统的数学模型进行了研究 ,通过以转速比变化为参数的分岔图发现 :在超临界转速下存在完整的间隔混沌、周期加分岔序列 ,即系统在周期运动与混沌运动之间交替 ,且周期加一、周期数与临界转速的倍数对应相等 ;在转速小于临界转速时 ,各个连续阶次谐运动的转换区分别都出现了经由一个倍周期分岔直接导致的混沌频带 ,后又直接由一个逆倍周期分岔转化为周期一的现象。同时还揭示了阻尼对系统谐波振动幅值和转换区混沌频带宽的抑制作用 ,以及非线性刚度对混沌频带的抑制和对谐波响应幅值的促进作用。提出设计转子系统时应适当增加阻尼和选材时综合考虑系统的动力学特性 ,系统提高转速时 ,转速不要在转换区滞留太长及工作转速尽量不要选在系统的临界转速的倍频上等建议 ,这些都对减小系统故障发生率和提高系统动力学特性有重要意义     

超音速流中结构非线性二元机翼的复杂响应研究

基于活塞理论计算作用在二元机翼上的气动力，采用拉格朗日方程建立系统的运动微分方程。通过平衡点的Jacobi矩阵的特征方程求出了系统的Hopf分叉点，研究了带有立方非线性俯仰刚度二自由度机翼系统在典型参数下的稳定极限环颤振和混沌响应。结果表明，在超过一定的流体速度后，系统平衡点的个数及稳定性均发生了变化；随着流速的增大，在积分初始值较小时，系统出现混沌等极为复杂的响应。     

二元机翼的双稳环颤振及多重环分叉分析

本文利用等效线化及数值计算方法,研究了带初偏间隙型非线性俯仰刚度的二元颤振系统的双稳态极限环颤振特性,给出了极限环稳定区间的稳定性判据.分别分析了初偏参数及速度参数对非线性颤振系统分叉曲线的影响及系统的分叉特性,并用数值计算方法得到精确的分叉参数值.本文为动力学系统的分叉研究提供了一个有实际意义的力学模型.     

柔性联轴器刚度非线性对扭转振动的影响

柔性联轴器在旋转机械系统中,不但起传递转矩的作用,而且还有减小扭转冲击的作用。柔性联轴器的刚度、阻尼特性直接影响着旋转系统的固有特性和扭转减振的效果。因此以具有非线性刚度的柔性联轴器接结的两转子系统为研究对象,通过对其在冲击力矩作用下,旋转系统非线性运动方程的建立、求解,得到了转子扭转振动响应的解析解。经过对转子角加速度随非线性刚度、阻尼、转动惯量变化规律的仿真计算,发现,在相同初始条件下, 冲击角加速度随柔性连接器硬非线性刚度的增大而增大,随柔性连接器软非线性刚度的增大而减小,随转子转动惯量和柔性联轴器阻尼的增大而减小。另外,非线性刚度使旋转系统的固有频率发生变化。     

齿面摩擦对面齿轮传动系统振动特性的影响分析

为研究齿面摩擦力对正交面齿轮传动系统动态特性的影响,基于集中参数理论,建立了考虑齿面摩擦、齿侧间隙、传动误差、时变啮合刚度、啮合阻尼、支撑刚度和阻尼等参数的正交面齿轮多自由度耦合振动模型,采用龙格库塔数值积分法对系统的动力学方程求解,得到随摩擦系统变换的系统动态响应分岔特性。结果表明,随齿面摩擦系数的变化,面齿轮传动系统的动力学特性有周期响应和混沌响应,动态特性比较复杂。     

Nonlinear stochastic stability analysis of wind turbine wings by Monte Carlo simulations

Wind turbines are increasing in magnitude without a proportional increase of stiffness, for which reason geometrical nonlinearities become increasingly important. In this paper the nonlinear equations of motion are analysed of a rotating Bernoulli–Euler beam including nonlinear geometrical and inertial contributions. A reduced two-degrees-of-freedom modal expansion is used specifying the modal coordinate of the fundamental blade and edgewise fixed base eigenmodes of the beam. The rotating beam is subjected to harmonic and narrow-banded support point motion from the nacelle displacement. It is shown that under harmonic excitation at certain combinations of eigenfrequencies, rotational frequency, amplitude and frequency of the support point motion, the nonlinear system may produce almost periodic response or even chaotic response. The strange attractor of this unstable behaviour is analysed under narrow-banded excitation, and it is shown that the qualitative behaviour of the strange attractor is very similar for the periodic and almost periodic responses, whereas the strange attractor for the chaotic case loses structure as the excitation becomes narrow-banded. Furthermore, the characteristic behaviour of the strange attractor is shown to be identifiable by the so-called information dimension. Due to the complexity of the coupled nonlinear structural system all analyses are carried out via Monte Carlo simulations.     

正交面齿轮传动系统非线性振动特性研究

作为一种新型传动形式,面齿轮传动在高速大功率场合的应用越来越多,其非线性振动特性分析对提高其工作可靠性具有重要意义。为研究正交面齿轮传动系统的非线性动力学特性,建立了包含支承、齿侧间隙、时变啮合刚度、综合传动误差、阻尼和外激励等参数的系统弯-扭耦合动力学模型,并使用PNF(Poincaré-Newton-Floquet)方法对系统的动力学微分方程进行求解。计算结果表明：随着转速增大,系统呈现混沌-周期-混沌的运动特征,不同的混沌区域间存在周期窗口;在不同的参数条件下系统会出现4种动态响应,即简谐响应、次谐波响应、拟周期响应及混沌响应;不同的响应特性对应的动载系数幅值差别非常大,应尽量调节系统转速,使系统的动态响应保持在周期窗口内。     

弹性支承有间隙的多转子系统的动力特性

用近代非线性动力学理论分析了弹性支承有间隙的非线性刚性多转子系统的复杂运动。用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图,Poincare映射图和分岔图等。以转子转速,刚度,阻尼,或轴承间隙等为控制参数讨论了进出混沌区的不同路径和系统各种形式的倍周期,拟周期和混沌运动。分析结果为定性地改善转子系统的稳定运动状态提供了理论依据。     

汇流传动齿轮-转子-轴承系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、传动误差和时变啮合刚度等非线性因素,并同时考虑滑动轴承非线性油膜力和齿轮啮合力的耦合影响,建立了汇流传动齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。从转速方面出发,研究了齿轮系统的非线性动态响应,分析了齿轮啮合力和非线性油膜力之间的耦合作用,判断了转速变化下的油膜稳定性。结果表明：随着转速变化,系统表现出周期一运动、周期二运动、拟周期运动,混沌等丰富的动力学特性,并发现了拟周期分岔通向混沌的道路;随着转速升高,非线性啮合力和非线性油膜力先后对系统振动起到主要作用;油膜振动通过半频涡动失去了稳定性。     

平板断面扭弯耦合颤振机理研究

基于二维三自由度耦合颤振分析方法,对平板断面经典扭弯耦合颤振的颤振驱动机理和颤振形态进行了深入研究。研究结果表明经典扭弯耦合颤振仍然是由气动负阻尼驱动的,“气动刚度驱动”的机理解释是不正确的,而气动负阻尼主要来源于系统扭转和竖向自由度运动之间的耦合效应。颤振形态矢量的分析结果显示经典扭弯耦合颤振发生时竖向自由度参与程度较高,表明扭转和竖向自由度的耦合效应相当强烈。对颤振形态同结构扭弯频率比以及颤振形态同结构颤振性能的关系进行了分析,虽然颤振形态同结构扭弯频率比之间存在简单、唯一的对应关系,但颤振形态同结构颤振性能的关系则比较复杂。最后对发生于平板断面的竖弯形态颤振的机理进行了探讨。