含间隙齿轮传动系统的非线性动力学特性的研究

含间隙齿轮传动系统存在着丰富的非线性动力学行为,建立了两自由度齿轮传动系统的动力学模型,首先利用数值方法分析了齿轮传动系统的分岔和混沌动力学行为,然后将非光滑的间隙函数用光滑函数拟合,通过对系统进行多尺度摄动分析和计算,得到间隙函数拟合后的齿轮传动系统的非线性动力学现象,并与无拟合非光滑系统的数值结果进行比较分析,为含间隙齿轮传动系统的研究奠定了基础.     

含间隙齿轮碰振系统的全局动力学分析

为研究含间隙齿轮碰振系统的全局及周期运动的稳定性及分岔条件,建立了齿轮副主动轮的单自由度非线性动力学模型.运用非光滑系统Melnikov理论研究齿轮系统异宿轨道全局分岔条件,然后,求得各分段系统的通解,再将每个切换面作为Poincaré截面,运用组合映射的方法分析系统的周期运动特性.最后通过数值模拟,得到不同参数条件下系统的运动状态和分岔特性,验证了Melnikov方法分析齿轮非光滑系统的有效性.     

负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动研究

发展高维Melnikov方法研究含参非线性动力系统的多周期解分岔问题,并应用于研究负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动等复杂非线性动力学行为.通过建立曲线坐标与Poincaré映射,发展适用于四维含参非线性动力系统的Melnikov函数,获得系统多周期解的存在性及个数判定定理.将所得理论结果应用于研究面内激励与横向激励共同作用下负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动,获得系统周期轨道的存在性、个数及相应的参数控制条件.探讨横向激励系数对系统动力学行为的影响,得到在一定参数条件下,系统最多存在4个周期轨道,并利用数值模拟方法给出其相图构型,验证理论结果的正确性.     

基于HB-AFT算法的阵发性混沌振动研究新方法

阵发性振动最早用来阐述流体中的层流被湍流无规则扰动的现象.在非线性动力学领域,阵发性指的是系统时域响应随着参数的变化出现规则与不规则运动之间伪随机交替的运动特征.响应的阵发性是非线性动力学系统随分岔参数变化进入混沌运动的一种典型途径.不过,对于非线性系统阵发性混沌现象,由于其参数敏感性和动力学行为演化的复杂性,研究手段还有待丰富.半解析半数值的谐波平衡 频时转换(Harmonic balance and alternating frequency/time domain,简称HB AFT)方法可以避开传统方法对于复杂非线性项的积分或者级数展开等处理过程,能够快速而精确地求得系统的谐波解.本文基于HB AFT方法,结合Floquet稳定性理论,给出一套非线性动力系统阵发性混沌演化的研究的半解析方法.并以经典的单频激励Duffing系统为例,对其全局周期解分支及其失稳特性进行分析,阐明了该系统一种阵发I型混沌行为的动力学演化机制.     

碰摩转子映射系统的非线性反馈混沌控制

采用不连续穿越映射技术,Jeffcott碰摩转子系统的映射在擦边碰撞附近可以近似为在一个方向上有平方根伸缩的四维映射,本文对此映射的动力学行为进行了研究,而且发现了有大量的混沌现象存在.采用非线性反馈混沌控制方法,通过选取合适的控制增益参数,可将碰摩转子映射系统的混沌运动控制到有规则的擦边周期1轨道和单点碰摩周期2轨道.数值模拟证实了分析结果.     

路面激扰与电磁激扰下电动轮车辆系统非线性全局动态特性研究

为研究电动轮车辆系统在路面 电磁联合激励下的非线性振动特性,并挖掘参数与初始条件协同作用下系统全局动力学信息,建立了计及悬架系统和轮胎的非线性弹簧力和阻尼力的电动轮车辆系统两自由度1/4垂向振动非光滑非线性时变动力学模型,考虑外部激励的谐波性和随机性以及电磁激励的分段周期性,得到了含谐波性、随机性和周期性的复杂外激励模型,分析了驱动电机转速与多初值的关联性对系统动力学共存行为及其分岔的影响规律,研究了共存运动的多样性及其吸引域的拓扑构型,揭示了转速对系统全局动力学稳定性的影响机理.结果表明：电机转速与多初值协同作用诱发系统出现多样性的共存运动,共存运动吸引域的拓扑结构复杂多样,部分共存运动的振动幅值可能较大亦可能很小,其全局动力学稳定性差异较大.电机转速与初值的协同作用对电动轮车辆系统非线性振动和全局动态特性的影响不予忽视.本文研究对电动轮车辆系统的动态性能改善和结构优化具有重要的理论意义和工程价值.     

一类两自由度含间隙系统的Hopf分岔

建立了一类两自由度含间隙系统的力学模型,并研究了该系统的周期运动及运动的受扰运动．通过选取适当的Poincare截面及系统碰撞的周期性条件,建立了系统的Poincare映射．利用Poincare映射数值证明了Hopf圈的存在性,揭示了并讨论了随着参数的变化系统通过Hopf分岔及周期倍化分岔向混沌演化的过程．最后讨论了系统参数对系统动力学行为的影响,为系统的动力学优化设计找到了理论依据．     

基于Kelvin模型的粘弹性浅拱的动力稳定性

研究了外激励作用下非线性粘弹性浅拱的动力行为．通过达朗贝尔原理和欧拉一贝努利假定建立了浅拱的动力学控制方程,其中采用Kelvin模型来表示非线性粘弹性材料的本构关系,并利用Galerkin法将方程简化用于数值分析．分析了粘弹性材料参数、浅拱矢高、外激励幅值和频率对系统分岔和混沌等非线性动力学行为的影响,结果表明各种参数条件下系统的非线性动力特性十分复杂,周期运动、准周期运动和混沌运动窗口在一定条件下交替出现．     

一个经济周期模型的分岔与混沌

在Goodwin与Puu的宏观经济思想基础上,得到了一个推广的非线性动力学经济周期系统．首先用数值方法研究了此系统在特定参数条件下的全局分岔行为．然后结合最大Lyapunov指数,详细讨论了系统在分岔过程中动力学特征的转变．通过分析分岔图形发现在某些参数区间内倍周期分岔导致了混沌;在混沌区域内嵌有多个周期窗口;“加速数”值的增加可以促进经济的周期性运动．最后介绍了分岔和混沌分析得到的动力学性质对理解经济波动的应用．     

一类Lorenz 型超混沌系统的Zero⁃Zero⁃Hopf 分岔及共存吸引子研究

针对一类四维Lorenz型超混沌系统,首先,在局部动力学方面,基于平均化理论方法,研究了该系统在原点平衡点处发生的Zero-Zero-Hopf分岔行为,得到了系统在原点发生Zero-Zero-Hopf分岔的参数条件,证明了两条周期轨的存在性,并且给出了它们的稳定性条件.除此之外,借助数值模拟,发现该系统在某些特定参数下存在不同吸引子之间的共存现象,比如超混沌吸引子与周期吸引子共存,不同周期吸引子之间的共存.     

航空发动机叶片非线性动力学分析

论文研究了航空发动机叶片的非线性振动问题,将叶片简化为功能梯度材料薄壁悬臂梁,考虑几何大变形的影响,基于一阶活塞气动力理论,利用Hamilton原理建立了叶片的非线性偏微分运动方程.综合运用Galerkin方法、多尺度方法和数值方法对叶片模型进行了非线性动力学分析,通过相图、波形图和频谱图分析了不同气流流速情况下旋转叶片的动态响应.结果表明:随着气流流速的增加,系统呈现倍周期运动和混沌运动等多种复杂动力学行为.     

连通式油气悬架三轴重型车辆模型非线性动力学分析

建立了基于连通式油气悬架的三轴重型车辆模型,分别将路面不平度考虑为冲击激励、随机激励和正弦激励,分析了连通式油气悬架的非线性特性对三轴重型车辆振动特性的影响,并分析了连通式油气悬架的抗俯仰性能及抗侧倾性能;将路面不平度考虑为正弦激励,以路面不平度激励频率为参数,通过分叉图、波形图、相图以及庞加莱截面分析了正弦激励作用下三轴重型车辆的非线性动力学响应,仿真结果表明系统在不同激励条件下存在周期运动和混沌运动;连通式油气悬架对重型车辆具有较好的抗侧倾和俯仰特性.     

粘弹性传动带的分岔特性和混沌振动分析

研究了粘弹性传动带横向振动的分岔特性和混沌动力学行为．将传动带视为沿轴向运动的抗弯刚度较 小的粘弹性梁模型,同时考虑变形的几何非线性和材料的非线性因素,运用弹性力学方法建立了其横向振动 的偏微分方程,利用 Galerkin 方法得到了时空坐标解耦的二阶非线性动力学方程,重点探讨了带速波动对系统 动态特性的影响．采用数值方法对系统的运动响应进行仿真,分岔图和 Poincaré图表明：随着平均带速和波动 幅值的变化,系统出现周期振动和混沌振动,倍周期分岔是产生混沌振动的途径．     

锥齿轮传动系统的非线性动力学行为

主要研究了锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为.在滑动轴承或挤压油膜阻尼器中,油膜力是齿轮传动转子系统非线性的一个重要来源,并且与轴承的结构参数、转子的转速和作用力等多个因素有关.首先在刚性转子、齿轮不脱啮等假设条件下,考虑了锥齿轮间的广义位移约束关系,建立在非线性油膜力作用下锥齿轮传动的多转子耦合系统动力学模型.由于油膜力具有强非线性特性,因此采用数值分析方法,结合系统的稳态响应、Poincaré映射和分叉图等多种手段分析系统的动力学行为.通过初步研究得到如下结论:对于不平衡锥齿轮传动的转子系统,在低转速时转子轴心的运动与转速同步;随着转速的增加系统出现2倍周期运动等复杂的分叉现象.这些振动特征可以为这类系统的动力学设计、结构参数优化和运动状态监测等提供必要的理论依据.     

用闭环反馈周期脉冲抑制分叉和混沌运动

提出一种抑制分叉和混沌的方法.该方法用控制目标与实时检测的系统状态量之间的差值作为控制脉冲信号,用闭环反馈方式作用于受控系统,达到控制分叉或混沌的目的.首先介绍了该方法的基本原理,然后将该方法用于含间隙往复碰撞振动系统的分叉和混沌异常运动的抑制.利用一个二自由度往复碰撞振动模型作为研究对象,用随机数模拟随机扰动,通过数值仿真的方法对该系统在无扰动和有扰动条件下的分叉及其混沌运动进行抑制.结果表明该方法对这类分叉和混沌异常振动有明显的抑制作用.该方法也适用于其他混沌系统.     

Nonlinear dynamic responses of electrostatically actuated microcantilevers containing internal fluid flow

A nonlinear theoretical model for electrostatically actuated microcantilevers containing internal fluid flow is developed in the present study, which takes into account the geometric and electrostatic nonlinearities. A four-degree-of-freedom and eight-dimensional analytical modeling is presented for investigating the stability mechanism and nonlinear dynamic responses near and away from the instability boundaries of the fluid-loaded cantilevered microbeam system. Firstly, the reliability of the theoretical model is examined by comparing the present results with previous experimental and numerical results. It is found that, with the increase in flow velocity, flutter instability, pull-in instability and the combination of both can occur in this dynamical system. It is also found that the instability boundary depends on the initial conditions significantly when the internal fluid is at low flow rate. Nextly, the phase portraits and time histories of the microbeam’s oscillations and bifurcation diagrams are established to show the existence of periodic, chaotic divergence and transient periodic-like motions.     

双摆与单侧刚性约束面之间的斜碰撞振动

研究了简谐力矩激励作用下的平面双摆与单侧刚性约束面之间的斜碰撞振动,讨论并推导了系统在斜碰撞前后的状态关系,并用数值方法研究了激励参数和系统物理参数的变化对系统稳态行为的影响,揭示了斜碰撞振动系统的运动复杂性．