单转向轮摆振机理与稳定性研究

为研究典型单转向轮系统摆振机理及稳定性,建立杠杆驱动轮椅车转向轮系统非线性动力学微分方程,应用ODE方法进行求解;搭建了参数可调的转向轮摆振实验装置,利用实验手段研究摆振现象,验证了转向轮系统动力学模型的有效性;并对此动力学模型线性化,进行稳定性分析;利用遗传优化算法对转向轮系统进行参数优化设计,针对实验研究的转向轮摆振实验装置进行稳定性分析,采用增加阻尼轴承的方法改善实验中转向轮系统的稳定性.通过研究转向轮系统参数变化对摆振的影响规律,提出防范摆振的方法,获得具有实用价值的结论：通过增加转向轮拖距长度、合理选择质量参数或者增加系统的阻尼都可以减小甚至消除摆振.因此,该研究具有较好的工程实用价值,并对类似转向轮系统稳定性分析有一定的参考价值.     

起落架摆振主动控制分岔研究

研究起落架摆振及其主动控制的非线性动力学问题。根据分岔理论,应用数值延拓算法求解参数化非线性摆振微分方程,得到摆振的Hopf分岔点(临界摆振速度)和摆振极限环的幅值,通过李亚普诺夫指数确定极限环的稳定性。在此基础上,提出采用主动控制策略抑制摆振,建立相应数学模型,应用数值延拓算法求解加入控制后的非线性摆振微分方程。结果表明,适当选取控制参数,在飞机滑跑速度范围内,应用主动控制策略可以达到完全抑制摆振的目的,并且对系统参数的变化具有强鲁棒性。     

基于虚拟样机的前轮自激摆振仿真与悬架参数优化

汽车系统参数匹配不合理会诱发自激摆振,对操纵稳定性有很大的危害。其是底盘系统一种非线性特征且对于相关参数非常敏感并难以再现。本文以某型乘用车为样车,建立精细虚拟样机模型再现其自激摆振现象。结合Hopf分岔理论进一步系统地分析了前麦弗逊式悬架下摆臂臂长及橡胶衬套六向刚度参数对样车自激摆振幅值和速度分岔特性的影响。依据多参数分析结果选择影响程度较大的参数进行优化设计,使摆振幅值降低了21.56%,同时减小了摆振速度区间,为合理设计悬架参数,有效抑制自激摆振现象提供理论依据。     

转向传动机构间隙对车辆摆振系统动力学行为的影响分析

对考虑转向传动机构间隙的车辆摆振系统动力学行为进行了分析。基于非线性系统动力学相关理论,应用二状态模型描述横拉杆和转向梯形臂之间的间隙副接触状态,建立了考虑转向传动机构间隙的四自由度摆振系统动力学模型。对上述模型进行数值分析,借助相平面、Poincaré映射及分岔特性等分析了间隙对于车辆摆振系统动力学行为的影响,为更好地实现车辆摆振控制提供了理论支持。     

考虑间隙运动副耦合作用的车辆摆振动力学行为分析

车辆转向机构中各间隙运动副之间的动力学耦合会对其动力学响应产生重要影响。以考虑转向机构中间隙运动副耦合作用的非独立悬架车辆为例,基于分析力学建立了六自由度车辆摆振分析模型。应用数值方法分析了车辆摆振系统的动力学响应特性,对其中出现的Naimark-Sacker分岔、混沌等现象做了分析,并从能量传递角度对其摆振机理进行了解释,相关分析结论可为更好地实现车辆摆振控制提供理论支持。     

一个五维超混沌系统Hopf分岔控制

本文以五维超混沌类Pan系统为研究对象,根据高维Hopf分岔理论和Routh-Hurwitz理论,分析了系统非零平衡点的稳定性,以及分岔解稳定性．采用Washout控制法,对系统设置非线性控制器进行Hopf分岔和稳定性控制．经过分析分别得到了分岔参数、稳定性参数与控制参数之间的对应关系．从对应关系可以得出,通过调节控制器的控制参数,可以使系统分岔参数、稳定性参数发生改变,即可实现系统Hopf分岔发生延迟,分岔解稳定性范围发生变化．数值仿真验证了理论分析的正确性．     

二自由度内燃机曲轴-吸振器系统的分岔分析

分析了当外激励频率等于吸振器的固有频率且是曲轴的固有频率的2倍的条件下,系统发生1:2内共振时的吸振器的分岔特性。首先由复规范形法得到了平均方程,结果表明曲轴的零点不是系统的唯一解,系统还可能有其他的解。再由奇异性理论分析了当曲轴的振幅为零时吸振器系统的分岔特性。得到了吸振器系统的转迁集和转迁集上相应的分岔图。对吸振器系统分岔行为研究,有助于内燃机曲轴的吸振器参数的优化设计。     

含间隙强非线性扭振系统的分岔行为研究

建立了含间隙旋转机械强非线性扭振系统的动力学方程。应用MLP法求解谐波激励下强非线性系统的解析近似解,并运用MLP法与多尺度法结合的方法得到该系统的分岔响应方程。采用奇异性理论研究了系统在非自治情形下的分岔特性,得到不同参数下系统的分岔形态。最后通过具体算例,利用数值模拟的方法得到系统在强非线性项参数变化下的分岔行为,发现随着系统参数变化系统发生周期运动、倍周期运动以及混沌等多种运动形态的复杂动力学行为。研究结果为分析间隙引起的旋转机械传动系统扭振特性提供一定的理论指导和参考。     

动不平衡激励下光滑非线性车辆摆振系统建模分析

考虑前轮动不平衡为外激励,建立了车轮外激励作用下的三自由度车辆摆振系统动力学模型。应用数值分析方法,通过分岔特性等分析,讨论了考虑动不平衡激励的车辆摆振系统动力学响应,并对车辆摆振响应中的频率成分及其特征进行了系统的分析讨论。结果表明：动不平衡激励下的摆振形态和自激振动下的摆振形态有较大差别,随着动不平衡激励的增加,摆振会由系统自身结构引起的自激振动成分占主导逐步转变为由外激励引起的强迫振动占主导,摆振系统在摆振车速区间内由拟周期运动逐步变为单周期运动。相关理论可为转向系摆振的有效控制提供理论依据。     

重力场对欧拉屈曲梁非线性吸振器分岔特征的影响研究EI北大核心CSCD

以欧拉屈曲梁构成的非线性吸振器为研究对象,针对不同的应用环境,分别建立有无重力条件对应非线性动力学模型并重点研究重力场对非线性系统分岔特征的影响。利用复变量-平均法推导出非线性系统的慢变方程,进而得到其对应的鞍结(saddle-node, SN)分岔以及霍普夫(Hopf)分岔边界。通过对比有无重力条件下的分岔边界发现,重力场使分岔边界受参数影响范围变大;进一步,在有重力场条件下,针对失谐参数和激励幅值对非线性系统分岔特征的影响展开讨论;最后,考虑重力场条件,针对欧拉屈曲梁非线性吸振器部分关键设计参数对系统分岔特征的影响进行了分析。计算结果发现:满足一定条件,SN分岔和Hopf分岔会有共存的情形;而且,频响幅值随激励幅值的变大而产生两个分支,随激励幅值继续增大,将使两个分支重合但多解区间并未消失且增大;欧拉屈曲梁长度和斜置倾角对分岔特性有较大影响,且变化规律相似,随着参数增大,SN分岔与Hopf分岔边界减小。     

高速行驶时汽车方向盘摆振的控制

影响汽车方向盘产生摆振的因素很多,本文简要地介绍了一些影响方向盘摆振的因素。针对某款轿车方向盘摆振的现象进行原因查找,通过对其进行了道路再现试验,运用频谱分析、相干性分析和阶次分析等方法,确定引起方向盘产生摆振的问题部件,并对其进行优化。然后进行验证,试验结果表明对问题部件进行优化后,方向盘的摆振得到较大的改善。     

高速客车蛇行运动Hopf分叉的研究

建立了高速客车非线性系统数学模型,模型中考虑了轨道的整体弹性和阻尼。基于常微分方程的一次近似理论和Hopf分叉理论,研究了高速客车在直线和大半径曲线轨道上蛇行运动的Hopf分叉情况。借助于DEPAR延续算法解决了圆曲线上车辆系统平衡位置难以确定的难题,分析了轨道整体刚度和阻尼、圆曲线半径和外轨超高及转向架悬挂参数等因素对高速客车Hopf分叉速度的影响。研究表明,高速客车在大半径曲线上也有可能出现Hopf分叉现象,并且曲线半径越大、外轨超高越大,车辆的Hopf分叉速度越高,但最大值不会超过车辆系统在直线上运行时的Hopf分叉速度。车辆系统在弹性轨道条件下的Hopf分叉速度高于刚性轨道条件下车辆系统对应的Hopf分叉速度。不论是刚性轨道还是弹性轨道,转向架悬挂参数对车辆系统Hopf分叉速度的影响趋势是一致的。     

基于中心流形理论的小水电并网系统Hopf分岔分析

针对小水电并网系统,用Matcont软件搜寻系统的Hopf分岔点绘制分岔图;利用中心流形理论将高维电力系统降到二维模型,并通过计算二维模型分岔稳定性指标的正负判定原系统Hopf分岔类型。结果表明,分岔稳定性指标大于零时电压失稳,小于零时电压稳定。用Matlab软件对讨论结果进行数值仿真,证明理论结果的正确性。     

Failure analysis for power car wheels based on contact positions and tread slope

During service operation, the thermal cracks and shelling at power car wheel are initiated before a regular profiling of railway wheel. The damaged railway wheel is reprofiled prior to regular inspection and the maintenance cost for the railway wheel is sharply increased. Therefore, it is necessary to analyze and understand the damage mechanism of power car wheel in order to reduce maintenance cost.In the present paper, to analyze the damage cause and reduction for the power car wheel with tread brakes, the observations of by replication test was performed and fracture characteristics depend on contact zones are carried out. Contact stress is analyzed with respect to the wheel tread slope and contact positions. The result shows the zone between tread center and wheel rim demonstrated white layer by higher hardness and lower fracture toughness and faster crack growth rate in view point of fracture mechanic characteristics. The 1/20 of wheel tread slope can effectively mitigates surface damage of power car wheel.     

飞机机轮参数摆振稳定性及其若干影响因素

本文在文献[6]的基础上,首次研究了减摆器阻尼,机轮转动惯量、轮胎偏滚刚度、支柱侧倾刚度对飞机机轮参数摆振稳定性的影响。本文所得结论对于新机防摆设计和琨役飞机的防摆维护有一定参考价值。     

基于Pc-Crash的车-人事故再现*

提出基于Pc-Crash的车-人事故再现方法,即以Pc-Crash为仿真平台,构建事故现场及车、人多刚体模型,以车、人接触部位及人、车最终停止位置等事故信息为重要证据对事故进行仿真,并利用人体损伤等其他事故信息验证仿真结果的合理性,最后利用不确定性分析理论评估所得结果的不确定度。以一车-人碰撞事故为例,演示了该方法的步骤。案例再现分析中,事故信息都得到合理利用,并借助响应曲面法与蒙特卡罗方法获得了事故再现结果的分布。算例表明,利用该方法所得再现结果不仅更为客观,且能为事故鉴定提供更多有效信息。     

车轮状态变化对重载货车轮轨作用力影响

重载货车在实际的生产及服役条件下,轮轨之间的相互作用不仅受各种轨道不平顺激励的影响,也会受到车轮状态变化的激励作用。从车轮运行状态的角度研究重载货车轮轨间相互作用,分别以车轮磨耗前后踏面形状、车轮多边形化、车轮质量偏心和轮对结构变形四种车轮运行状态来模拟分析车轮各状态参数与轮轨垂向作用力的关系,并总结其影响规律。研究表明：车轮踏面形状主要影响轮轨接触斑面积以及接触应力分布,磨耗后车轮比新轮的接触应力分布范围更广泛;在不同速度下,车轮多边形化的波深、相位差及谐波阶数对轮轨垂向力产生不同程度的影响;车轮质量偏心对轮轨产生周期性垂向冲击,但振动幅度并不大;轮对挠度的动态变化对轮轨动态接触载荷影响比较显著,尤其是轮对结构弯曲振动加剧了轮轨垂向动作用力。     

前后轮驱动的拖拉机前轮轮胎偏磨的分析

针对前后轮驱动的拖拉机前轮轮胎偏磨的问题,在前轮与地面非接触的受力情况下,求得前轮摆振的动力学方程及其解,分析了锥齿轮的圆周力、前轮偏心质量产生的惯性力等对轮胎偏磨的影响.结果表明:前轮偏心质量产生的惯性力使左、右前轮摆振的振幅不等及引起前轮轮胎的偏磨及磨损,引起自激振动.前轮自激振动的摆振的振幅突变加剧前轮轮胎的偏磨及磨损.