压膜阻尼对原子力显微镜振动特性的影响研究

原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)在轻敲模式下工作时,随着探针针尖与样品距离的逐渐减小,空气压膜阻尼的作用随之增大。为研究压膜阻尼对原子力显微镜振动系统的影响,分别使用无针尖探针和微球针尖探针进行扫频实验,并基于振动理论将该过程简化,得到了两种不同的振动模型的系统刚度。在考虑压膜阻尼作用影响后,将微球针尖振动系统模型进一步简化为一维振子模型,并对压膜阻尼的影响进行讨论。实验表明空气压膜阻尼模型对于探针样品在微尺度下的作用过程是准确合理的。该结果对原子力显微镜轻敲模式研究具有重要意义。     

弹性支承下弧齿锥齿轮系统参数平面中的域界结构研究

弹性支承下弧齿锥齿轮系统的振动分析属于高维非线性动力学问题,其参数平面中的域界结构研究对实施振动抑制与控制具有重要意义。以某新型航空发动机的中心轴弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,建立了7自由度非线性动力学模型。采用Adomian分解算法求解振动方程的分级响应。基于胞映射和庞加莱截面的思想,在支承刚度与啮合频率、支承阻尼与啮合频率以及支承刚度与支承阻尼所构成的参数平面中,分析了弧齿锥齿轮非线性系统的不同周期振动之间以及周期振动和混沌振动之间的域界。借助平面域界图,研究了参数平面内系统振动分岔类型与分岔结构。研究结果为弧齿锥齿轮系统的支承参数设计与振动主动控制提供了依据,并可根据系统参数所处的范围对弹性支承下弧齿锥齿轮系统的振动形态进行预测。     

斜拉索面内参数振动的理论和试验研究

研究斜拉索在弦向位移激励下的面内非线性振动方程,该振动方程考虑拉索垂度、倾斜角、大位移、激励幅值、阻尼等影响因素,并应用龙格-库塔数值积分法求解该微分方程。在试验室建立了斜拉索模型,开展斜拉索受弦向位移激励的面内参数振动的试验研究,实现了斜拉索的参数振动。试验研究和数值计算表明斜拉索的参数振动与系统频率比、激励幅值、阻尼等因素有关,参数振动发生在一定的频率比范围内,斜拉索振幅与频率比关系曲线体现出非线性特性,系统阻尼使得斜拉索参数振动的激励幅值要超过一定的阀值。     

基于MRD的水轮发电机组轴系非线性振动控制

考虑多种非线性因素作用下,将磁流变液阻尼器(MRD)引入水轮发电机组非线性振动模型中,建立了基于磁流变液的机组非线性动力模型,研究磁流变液对水轮发电机组轴系振动的影响。通过与传统机组非线性模型进行对比研究,结果表明,使用MRD阻尼被动控制,能够明显改善水轮发电机组系统的动力响应。MRD可以在机组系统周期运动时减小其振幅和速度响应,而不改变其运动形式;并能够抑制某些过渡工况下转速升高后出现的复杂拟周期运动,并减小其振幅波动。     

分数阶Ver Del Pol-Duffing系统的非线性动力学行为分析

利用分数导数本构模型模拟系统的阻尼特性,构造了分数阶Ver Del Pol-Duffing系统,探讨了系统的动力特性随特征参数的变化规律。分析发现：该非线性振子具有与经典Ver Del Pol系统相似的自激振动特性,但其非线性强弱受分数导数阶值以及阻尼系数和非线性大位移系数的影响;在简谐荷载作用下,随着外荷载幅值的增大或阻尼系数的减小,系统由拟周期振动变为周期三振动最后发展为单周期振动;在地震荷载作用下,分数导数阶值的变化能改变系统的输出能量。     

螺栓连接非线性振动特性研究

摘要：在不同的外界激励下,螺栓连接常常表现出一定的非线性。为研究螺栓连接的非线性特性,设计了一个螺栓连接系统,并对其进行不同基础激励下的正弦扫频实验。通过实验数据的分析得到了螺栓连接的共振频率和相对阻尼系数,发现其随着激励量级的不同呈现出较明显的非线性特性。在理论模型研究中,将系统简化为非线性弹簧、非线性阻尼器、质量块的单自由度模型,并利用实验数据对非线性方程中的系数进行了识别。利用此非线性模型,求出系统的主共振频率和相对阻尼系数,它们与实验结果相比差别较小,说明文中所给的非线性方程能较好描述螺栓连接的振动特性。     

薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的振动特性分析

摘要：为深入研究薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的运动特性,应用Donnell简化壳理论,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的影响,建立了薄壁圆柱壳在流体脉动激励下的非线性振动方程。基于Galerkin方法将偏微分方程转化为方便求解的常微分方程,利用多尺度法求解了系统主共振的一次近似解,得到了系统稳态响应的转迁集与分岔图,并通过奇异性分析,得到了系统工作稳定性和可靠性的结构参数区域。对薄壁圆柱壳在流体作用下的振动特性进行了数值模拟和实验研究,考察了阻尼系数、脉动频率、液体深度等对系统动力学特性的影响。研究表明,考虑阻尼、结构非线性和附加质量的非线性振动方程更能体现薄壁圆柱壳在流体脉动激励下完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为。     

基于现场监测的海洋平台冰振控制效果评价

渤海辽东湾的ＪＺ２０－２ＮＷ 平台采用甲板阻尼隔振技术降低平台的冰激振动问题。根据海洋平台冰激振动的特点,设计现场监测系统,检验阻尼隔振系统的减振效果。对平台隔振的上下两层甲板的加速度和相对位移响应进行监测,并对实测数据进行对比分析。监测结果表明,上层甲板的振动强度相比下层甲板有所减弱,阻尼隔振装置起到控制上层甲板振动的效果。但是上下甲板的振动频率和相位无差别,说明减振装置未产生最理想的减振效果。同时对有无阻尼隔振装置结构的阻尼比进行提取,表明相对位移越大,上下甲板的阻尼比越大。减振后上下甲板的阻尼比都有所增加,结构振动耗能增加。应用实践表明,阻尼隔振技术是一种有效的海洋平台冰激振动减振措施,但仍有许多地方需要完善。     

电磁-碰撞复合阻尼系统减振性能研究

提出了一种新型电磁-碰撞复合阻尼减振方法,通过理论推导,建立振动系统在复合阻尼作用下的振动力学模型。通过实验,分别测得相同初始位移激励下振动系统的自由振动、加碰撞阻尼的振动以及加电磁-碰撞复合阻尼的振动曲线。实验验证了复合阻尼系统减振效果和理论计算的正确性。实验结果表明:与自由振动相比较,加碰撞阻尼和加电磁-碰撞复合阻尼能够加快减小振动系统振动的振幅,其中电磁-碰撞复合阻尼的减振效果最明显。最后利用理论模型得到了不同结构参数对复合阻尼系统减振效果的影响规律,并对复合阻尼系统进行了参数优化设计。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

浸没式参数激励摆波能转换装置能量俘获特性研究

引入参数激励摆的非线性机制,应用于波浪能发电装置,并根据实际波浪低频、低幅值激励特性,提出浸没式单摆波能转换装置,研究其在规则波中的能量俘获情况。基于势流理论,针对垂荡运动,建立非线性运动方程,进行数值求解,分析摆球质量比、激励频率、幅值和系统阻尼对能量俘获效率的影响,并与空气中单摆的能量俘获效率进行对比。结果表明:合理选取质量比,可降低浸没式参数激励摆固有频率;与空气中单摆相比,浸没式参数激励摆在低频、小振幅的波浪激励环境下,俘获能量频谱带宽更宽,发电功率更高。     

双边刚性约束非光滑双摆的碰撞周期解

构建双边对称刚性约束的非光滑双摆模型,研究简谐激励作用下该系统的碰撞周期解及其存在条件。应用模态分析法,引入矩阵理论,构造恰当的可逆变换矩阵,在理论上计算出物理参数和碰撞恢复系数的取值范围,并给出双碰周期解的解析表达式。在理论结果的基础上,利用碰撞恢复矩阵作为衔接条件,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,分析系统小角度运动的碰撞周期解。     

一类准周期参激非线性扭振系统的周期簇发

考虑旋转机械中两种频率不同的周期参数激励同时存在对其传动系统的影响,基于拉格朗日方程,建立一类含准周期参激刚度和摩擦阻尼的非线性扭振系统的动力学方程。运用多尺度法对该扭振系统进行求解,得到系统在1/2亚谐波主参数共振下的幅频特性方程和分岔响应方程。在此基础上,研究了当两种周期参激的频率相差较大时非线性扭振系统的周期簇发现象,分析了快变参激和慢变参激对扭振系统的周期簇发的影响。通过数值仿真,给出了产生周期簇发的参数取值区域。在该区域内系统发生静息态与激发态的相互转迁,当快变激励的幅值减小时,激发态区域扩大,簇发的时间延长,通过调节慢变参激幅值会改变系统簇发的类型和轨迹     

两自由度轧机非线性扭振系统的振动特性及失稳研究

建立了含有非线性刚度和非线性摩擦阻尼的两自由度轧机非线性扭振动力学方程,研究了该非线性方程在电机加载力矩作用下的振动特性。首先通过坐标变换消除恒定加载力矩影响,得到轧机在稳态点附近的等效非线性扭振方程。其次采用平均法得到轧机受外部周期激励时的主共振幅频方程,并应用奇异性理论得到系统的转迁集以及系统出现各种分岔行为的条件。最后以某轧机实际参数为例,研究了不同非线性因素对轧机传动系统的幅频特性影响以及轧机出现失稳振动的条件,这为研究和抑制轧机传动系统的扭振提供了理论基础     

漂浮式潮流能发电装置振动与波浪响应试验研究

为了研究基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的振动与波浪响应,设计试验模型和装置,进行水轮机转与不转的静水拖航试验和波浪试验,测量系泊链拉力和模型的纵摇响应。试验发现,系泊系统具有高频振动现象,V等于0.7m/s、0.9m/s,水轮机不转时,以及V等于0.9m/s,水轮机转动时,系泊系统具有明显的慢摇现象,水轮机转动还带来了系泊链的低频拉力响应。水轮机转动使系泊系统的纵摇周期增大,载体模型的共振波长增加。与水轮机不转时相比,水轮机转动使低波长-载体模型长度比下模型的纵摇运动响应减小,对高波长-载体模型长度比下模型的纵摇运动影响较小。试验研究可为基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的理论研究与工程应用提供参考和借鉴。     

力激励下非线性碟形弹簧减振系统的性能研究

详细研究了考虑静力载荷影响的、具有弹性非线性和Coulomb磨擦阻尼非线性的碟簧元件的动力学特性。首先利用Fourier级数展开和平均法研究了非线性蝶簧系统的自由振动,讨论了影响自由振动的振幅和频率的各种因素,然后利用Fourier级数展开和谐波平衡法研究了力激励下非线性碟簧系统的强迫振动,通过详细的参数研究考虑了非线性碟簧元件的减振性能特性,最后采用修正的稳定性分析方法研究了稳态响应的稳定性。     

道路不平顺激励下车辆运输非线性包装系统动力学响应

目的研究运输车辆-非线性包装系统耦合系统在路面脉冲激励下的隔振特性。方法整体考虑路面-运载工具-缓冲包装材料-物品之间耦合的非线性振动传递模型,建立基于二分之一系统的五自由度路面脉冲激励下车辆-非线性包装系统运动分析理论模型,推导得到系统动力学方程并求解。依据结果比较考虑车辆-非线性包装系统耦合及不考虑两者耦合对运输包装件的影响,从而得知考虑车辆-非线性包装件系统耦合系统下包装件最大竖向位移是不考虑两者耦合情况下的1.25倍左右,并分别对隔振材料非线性因素及路面不平顺因素对包装件的影响进行分析。结果在车辆运输过程中,隔振材料的非线性因素及路面不平顺因素对包装件系统的响应会产生一定的影响。结论对于精确进行被动隔振设计和隔振效果评价具有积极意义。     

二级偏块振动磨主隔振机理研究与试验

针对现有超细粉碎中物料团聚及不细化的瓶颈问题,进行具有强非线性激振功能的二级偏块振动磨主隔振机理研究,样机主振系统采用非线性硬特性线变节距橡胶涂层复合弹簧,使其刚度具有随振强变化而变化的特性,以适应主振系统储能节能和稳定工作的需求;隔振系统采用具有高内阻的环形橡胶复合弹簧,使主振弹簧传递的高振强,通过隔振系统得到大部吸收;样机试验测得系统的加速度时域曲线和功率谱曲线,显示出主振与隔振系统对高振强的利用与隔振的非线性作用效果;初步实现超细颗粒的解团聚和颗粒细化问题,使目前采用粉碎法对超硬粉体进行超细粉碎徘徊在微米级水平上的现状得已突破;试验取得输入d(0.5):10μm、输出d(0.5):0.175μm的阶段性成果。     

旋转偏心质量块式消振电力作动器建模与控制EI北大核心CSCD

直升机等非固定翼飞行器在飞行状态时由桨叶旋转所产生的周期性低频振动会通过刚性机体传递至驾驶舱、航空发动机以及起落架等部位,会造成机体的持续振动,严重时会影响驾驶员的生命安全。提出了旋转偏心质量块式消振电力作动器,并开展了控制方法研究。从理论上推导了旋转偏心质量块式消振电力作动器的输出力模型以及负载转矩模型;提出基于双电机并行独立控制的电力作动器输出力伺服控制策略,在复频域进行了稳定性分析,并针对正弦波非线性负载扰动带来的转矩脉动问题,对双电机并行独立控制策略展开了优化设计,通过负载前馈控制使系统具备良好的鲁棒性和抗干扰性;研制了重量为14 kg的实验样机并完成了优化控制策略前后电力作动器稳态、动态性能的对比验证实验。结果表明,优化控制策略下的作动器输出力动稳态性能满足各项技术指标要求。     

横向风荷载作用下轴向运动弦线自激振动和稳定性分析

研究了横向定常风荷载作用下轴向运动弦线的非线性自激振动问题。将风荷载模型化为平均风速的非线性函数,建立动力学微分方程。采用Galerkin方法,将运动弦线简化为离散的二维系统并进行线性化,分析弦线平衡构型的稳定性,根据Routh-Hurtwitz判据确定了平衡点的稳定域。确定了多参数下Hopf分岔点及产生稳定极限环的条件。使用增量谐波平衡(IHB)法求解了自激振动的周期响应,按照Floquet理论确定了周期解的稳定性。最后,讨论了运动速度和平均风速稳定性的影响,并给出相应的稳定性条件。