碰振升频振动能量电磁式采集系统的动力学建模与分析

振动能量采集技术是一种非常有前途的清洁能源技术,在飞行器结构传感器网络等方面有重要应用潜景。针对低频振动能量采集技术主要存在的功率密度低、采集频带窄等问题,提了出碰振升频振动能量采集设计方案。在考虑机电耦合的前提下,建立了碰振升频采集系统的碰撞动力学模型,并对其进行了无量纲化处理。通过数值仿真,研究了不同碰撞间隙对系统输出电压和输出功率的影响,探讨了碰撞次数对电能输出改变的规律。研究结果表明:高频采集振子对低频驱动振子起到限位作用;随碰撞间隙的减小,输出电压的均方根峰值往高频方向移动,并不明显影响最大的输出电压;在碰撞发生频带,高频采集振子对总功率输出的贡献比例明显提升,约提升30%;相较于多次碰撞而言,单次碰撞更能确保电能输出的稳定性。     

滞后非线性车辆悬架系统多频激励下的安全与复杂性分析

结合顺行平面Hamilton系统周期-能量关系和KAM理论,研究滞后非线性单自由度1/4车辆悬架系统多频激励下的受扰振动问题,给出两种初值条件下系统受扰固有周期运动的理论解析,证明了系统存在安全的拟周期状态。借助Melnikov函数讨论了系统产生混沌的可能性及成因,分别对系统拟周期及混沌状态进行了数值模拟。为悬架系统的参数识别、稳定区域分析及优化设计提供理论依据。     

多源随机激励系统的参数灵敏度分析

采用虚拟激励法,多次利用状态空间解耦、Kronecker代数及矩阵微分理论等,推导出多源随机激励下响应均方根的参数灵敏度表达式,并将其应用于汽车平顺性分析。根据理论计算的灵敏度大小及工程实际要求,选取优化变量,对轻型货车整车模型进行了平顺性优化     

基础竖向多频参数激励下圆弧拱平面内动力失稳研究

地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内径向和切向振动的耦合控制方程,求解了圆弧拱平面内失稳前的动轴力与动弯矩解析解。引入拱轴线不可压缩假设,解决了圆弧拱平面内动力控制方程的解耦问题。利用伽辽金法建立了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内二阶常微分动力稳定方程,运用多尺度法推导了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内动力失稳的临界激励频率解析公式,得到了圆弧拱同时发生一阶反对称参数共振和二阶正对称共振失稳的动力不稳定域,并利用有限元数值分析验证了理论解析解的正确性。进一步分析了拱矢跨比、长细比和圆心角对动力不稳定域的影响。     

非线性能量阱系统受基底简谐激励的参数优化分析

为得到非线性能量阱系统(NES)基底简谐激励下的最优刚度,利用复变量平均法推导了1∶1共振的慢变系统方程,经多尺度分析后得到了强调制反应(SMR)的必要条件以及吸引点解析方程;利用SMR的特点获取最优刚度下限值,并结合吸引点方程求得最优刚度上限值。经数值分析表明,吸引点方程所得计算值与Runge-Kutta的数值解一致,且吸引点数值与原系统的稳态解相近;此外,慢变系统方程计算简便,结果合理;随着NES阻尼参数的提高,最优刚度区域有增大趋势;与TMD相比,NES具有较宽减振频带,但在主频附近减振效率更低,且易受激励幅值影响。     

多谐差相信号激励下的系统参数辨识

提出用一种新的激励信号——多谐差相信号(SPHS)来进行系统参数辨识的方法，分析了多谐差相信号的产生方法和特点。以一个典型的单输入单输出系统为例，探讨采用多谐差相信号进行系统参数辨识的步骤，给出了参数辨识结果，并对结果进行了分析。     

倾斜角影响下磁悬浮双转子系统的振动分析

针对倾斜角影响下磁悬浮双转子系统的转子振动问题,建立系统10 自由度力学模型,并推导系统的微分方程。通过MATLAB仿真软件中四阶龙格库塔法对系统微分方程进行求解,研究表明转速比和倾斜角的增大均会增大转子到达平衡位置的偏移距离,不同的是,前者会使转子的轴心轨迹变得更为复杂,而后者会增大转子的最大振动幅值。从非线性角度分析发现,转速比的增大会降低转子进入混沌运动的转速,降低系统的稳定性,而倾斜角的存在会使系统产生复杂的运动状态,但倾斜角的增大对系统的稳定性无影响。研究结果可以为磁悬浮双转子系统的设计提供一定的理论指导。     

经典参数在多结构耦合系统统计能量分析中的应用

直接和间接耦合损耗因子是用统计能量分析方法研究多结构耦合系统振动响应的关键参数，也是急待解决的问题之一。本文提出了用经典统计能量分析参数计算多结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子的方法。其优点是利用经典统计能量分析已取得的成果解决了多子结构耦合系统的问题。文中首先推导了经典的双子结构耦合系统的耦合损耗因子和结构参数的关系，然后研究了多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子与结构参数的关系，最后推导得到多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子和经典统计能量分析中的耦合损耗因子的关系。以三子结构耦合系统为例进行了实验测量，直接、间接耦合损耗因子和结构振动响应的实验测量值与理论预测结果吻合较好。     

节流孔式空气阻尼系统建模及参数影响分析

考虑空气弹簧橡胶气囊力学特性,采用分数导数Kelvin-Voigt模型和摩擦模型对空气弹簧橡胶气囊进行建模;并基于牛顿力学、热力学、流体力学和黏弹性力学,建立了节流孔式空气阻尼系统非线性模型。在系统工作平衡点附近,建立了该系统的线性化模型,并基于复刚度等效得到了系统的等效刚度和等效阻尼系数方程。以某空气弹簧为研究对象,实验验证了等效模型的有效性。在此基础上,分析了激振振幅、激振频率以及关键设计参数对系统等效刚度和等效阻尼系数的影响规律,这为空气悬架的刚度和阻尼匹配设计提供参考。     

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。     

三维分形接触热导的建模与多参数影响分析

在传统M-B接触模型的基础上,利用三维分形理论,推导三维分形结合面的接触模型,并建立了三维分形接触热导模型。通过仿真分析揭示了法向载荷、分形维数、分形尺度参数、材料特性参数及各参数的耦合对接触热导的影响。仿真结果表明:接触热导与法向载荷呈正相关,当2.1≤D≤2.4时,两者存在非线性关系,当2.5≤D≤2.9时,两者趋于线性关系;当2.0D≤2.95时,接触热导随分形维数的增大而增大,当2.95D3.0时,接触热导随分形维数的增大而减小;接触热导与分形尺度参数呈负相关,与材料特性参数呈正相关;并得出上述参数两两耦合对接触热导的影响。     

车桥耦合系统在随机激励下的动力分析及其应用

通过建立随机激励下的车桥耦合系统的空间动力模型,研究了提速条件下上承式钢板梁的加固问题。根据实测的轮对加速度,由时间序列自回归模型生成随机激励作为系统的输入,对列车通过桥梁的全过程进行了计算机模拟,得到桥梁的动力响应,并对计算结果进行了统计分析。根据计算结果,设计了上承式钢板梁桥的加固方案,对实际桥梁进行了加固。在桥梁加固前后分别进行了现场测试,结果证明了本文分析方法的正确性和加固方案的合理性。     

热环境下长宽比对L型折板统计能量分析参数的影响研究

基于有限元法和计及热效应的功率输入法,以各边简支的L型折板为研究对象,研究常温和高温环境下长宽比对其统计能量分析参数影响。开展雨流载荷作用下的仿真分析验证统计能量参数获取方法的准确性,开展高温环境下长宽比对模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子的影响研究。结果表明:常温环境下长宽比对结构的内损耗因子及耦合损耗因子影响不大;高温环境下长宽比的增加使得结构的耦合损耗因子呈现出先升高后降低的趋势,但对内损耗因子影响不大;两种环境下模态密度均随长宽比的增加而增加。     

地震作用下结构碰撞的模型参数及其影响分析

地震作用下,结构的碰撞问题被认为是影响结构地震反应和结构抗震性能的一个重要因素,碰撞是一种十分复杂的非线性问题,在计算分析中涉及到较多参数,需要分析其模型参数对碰撞现象以及结构的影响。通过单墩模型分析研究,在尽量少的参数变化下,初步得到了桥梁结构发生碰撞时模型参数对碰撞及结构的影响。     

复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制EI北大核心CSCD

建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型,并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入,分别利用做大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动,基于拉格朗日方程,采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制,根据系统耦合振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明,所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征,相比传统输入整形控制法,所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。     

参数和直接激励下附加端部质量块悬臂梁压电俘能器的多尺度法非线性分析

考虑几何非线性、阻尼非线性和梁的轴向不可伸长条件,通过Hamilton变分原理,建立了一个附加端部质量块悬臂梁压电俘能器在受到参数和直接激励下的非线性机电耦合的运动微分方程。压电俘能器为压电双晶片悬臂梁结构。利用Galerkin法,非线性机电耦合的偏微分方程被降阶为非线性机电耦合型Mathieu-Duffing方程。为了研究俘能器在其主要的一阶共振情况下的响应,采用了多尺度法获得了梁的位移、输出电压和输出功率的解析表达式。利用解析表达式研究了参数激励和直接激励共同作用下阻抗,阻尼系数和端部质量块等对压电俘能器性能的影响。     

热环境下长宽比对L型折板统计能量分析参数的影响研究EI北大核心CSCD

基于有限元法和计及热效应的功率输入法,以各边简支的L型折板为研究对象,研究常温和高温环境下长宽比对其统计能量分析参数影响。开展雨流载荷作用下的仿真分析验证统计能量参数获取方法的准确性,开展高温环境下长宽比对模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子的影响研究。结果表明:常温环境下长宽比对结构的内损耗因子及耦合损耗因子影响不大;高温环境下长宽比的增加使得结构的耦合损耗因子呈现出先升高后降低的趋势,但对内损耗因子影响不大;两种环境下模态密度均随长宽比的增加而增加。     

台风“白鹿”影响下泉州湾近地脉动风速功率谱及其拟合参数分析

国内高速铁路网不断完善,沿海铁路海湾地形的风场特性亟待研究。基于福厦客专—泉州湾跨海大桥桥址处40 m风塔,实测获得了201911台风"白鹿"影响下的泉州湾近地风场实测数据。基于经验模态分解(EMD)技术得到了台风全过程时变平均风及相应脉动风样本,采用四参数风速功率谱模型拟合了台风纵向、横向及竖向功率谱,在此基础上对拟合参数进行了平均风速影响分析及概率密度分析。建立了38 m高度处台风演化功率谱并与同风速范围的相关规范建议风谱进行了对比。研究表明:四参数风谱模型能较好适用于实测台风风谱,各拟合参数随平均风速变化并不显著,拟合参数B随A呈指数型增长;核密度估计方法能较好拟合风谱参数的概率密度分布,拟合谱中的A参数概率密度近似对数正态分布,而B,C及α参数则与正态分布接近;测点接近7级风圈时所测脉动风湍流动能较位于风圈内时强;规范风谱并不能很好地反映"白鹿"台风引起的跨海大桥主梁高度处湍流功率谱密度(PSD)特征。