有界窄带激励柴油机轴系扭振系统主参数共振

研究柴油机轴系扭振强非线性系统在有界窄带激励下的主参数共振响应和稳定性问题。应用改进多尺度法得到在有界窄带随机激励下柴油机轴系扭振系统的幅频响应方程,导出系统的Ito随机微分方程。通过矩法得到系统随机均方响应的近似表达式,分析各个参数对柴油机轴系扭振系统主参数共振均方值的影响。结果表明,主参数共振稳态解稳定的充分必要条件与系统二阶矩稳定的充分必要条件是一样的;随着阻尼值的增大,系统主参数共振振幅的均方值减小;随着曲轴扭转刚度的减小,系统主参数共振的均方响应曲线的斜率增大;随着随机扰动强度的增大,系统时间响应曲线和相图变化微小。     

有界窄带激励下扬声器静圈振动系统的主共振

根据拉格朗日麦克斯韦方程建立扬声器静圈振动系统的动力学模型,应用多尺度法得到在有界窄带随机激励下扬声器静圈振动系统的一次近似解及其稳态解,导出系统的ITO随机微分方程。采用矩法得到系统均方响应方程,并进行数值计算;分析扬声器静圈系统参数对主共振响应曲线和均方值的影响。主共振稳态解稳定的充分必要条件与系统一阶矩和二阶矩存在的充分必要条件是一样的;系统相轨随着随机扰动强度γ的增大,极限环变为扩散的极限环;增大音圈长度、磁场强度可以增大系统主共振的均方值;增大静圈电阻、阻尼系数可以减小系统主共振的均方值。     

电磁开关强非线性系统主共振分析

以电磁开关系统为研究对象,根据拉格朗日麦克斯韦方程建立三阶非线性动力学模型,应用MLP法得到电磁开关强非线性系统主共振的幅频响应方程及位移和电流分别随时间变化的振动规律,分析系统各参数对系统主共振幅频响应曲线的影响。结果表明,系统的幅频响应曲线存在跳跃现象;随着阻尼系数的增大,系统的振幅减小;随着激励电压幅值增大,系统的振幅和共振区域增大;随着电阻增大,系统的振幅和共振区域减小。     

有界窄带激励下微梁系统主共振

研究电路与微梁耦合系统在有界窄带激励下的主共振问题。建立有界窄带激励下微梁系统的随机微分方程。应用多尺度法得到系统主共振的幅频响应方程,导出系统的Ito随机微分方程,采用矩法得到系统随机均方响应一阶矩和二阶矩的近似表达式。数值分析了系统各个参数对微梁响应的影响。结果表明:主共振稳态解稳定的充分必要条件与系统一阶矩和二阶矩稳定的充分必要条件是一样的;随着带宽的增加,相轨图极限环的厚度增加;当微梁上极板的宽度、厚度和长度增加时,系统二阶矩增大;当上极板的阻尼系数、轴向力以及上下极板间的距离增加时,系统的二阶矩减小。     

电容式电磁驱动器非线性系统主共振分析

以一种电容式电磁驱动器为研究对象,该驱动器由电容器、介质板和非线性弹簧构成,根据拉格朗日麦克斯韦方程建立系统的非线性振动方程,应用多尺度法分析系统主共振问题,并进行数值计算,得到系统幅频响应曲线。结果表明:系统的主共振幅频响应曲线无跳跃现象,此系统为弱非线性系统;随着阻尼系数的增大、系统的振幅减小;随着激励电压幅值的增大,系统的振幅和共振区域增大;随着电容两极板间距的增大,系统的振幅和共振区域减小;随着电容极板长度的增加,振幅和共振区域增大。该结论能够更好地指导电磁驱动器的结构设计和改进。     

窄带随机噪声参数激励下非线性碰撞系统的响应

研究了单自由度非线性单边约束碰撞系统在窄带随机噪声参数激励下的响应问题,窄带噪声采用有界随机噪声模型。用Zhurav lev变换将碰撞系统转化为连续的非碰撞系统,然后用随机平均法得到了关于慢变量的随机微分方程。在没有随机扰动情形,给出了系统响应幅值满足的代数方程;在有随机扰动情形,结合线性化方法和矩方法给出了系统响应幅值二阶矩近似解的解析表达式。讨论了系统阻尼项、非线性项、窄带随机噪声的带宽、中心频率和振幅以及碰撞恢复系数等参数对于系统响应的影响。理论计算和数值模拟表明,系统响应将随激励频率和振幅的增大而增大,而随系统阻尼和非线性强度的增大而减少。并发现了随机跳跃现象,即当随机激励的振幅超过某个阈值时,系统的稳态响应将从零解跳跃为一个较大的非零解;而当随机扰动的强度超过某个阈值时,系统的稳态响应将从一个较大的非零解跳跃为零解。     

窄带随机噪声参激作用下强非线性系统的响应

将改进的L-P(ModifiedLindstedt-Poincare)方法和随机多尺度法结合起来,研究了窄带随机噪声参激作用下强非线性VanderPol-Duffing系统的响应、稳定性和分叉问题。文中首先由改进的L-P方法引入变换参数,然后用多尺度法分离了系统的快变量,求出了最大Lyapunov指数的解析表达式,得到了系统几乎必然稳定的充分必要条件,讨论了系统的参数对稳定性的影响,分析了系统在1/2亚谐共振区的性态。理论分析与数值计算表明:在一定条件下系统将发生随机跳跃,且随着随机激励带宽的增大,扩散的极限环的宽度将逐渐增大。数值模拟结果表明:MLP方法结合随机多尺度法研究强非线性随机系统的响应、稳定性和分叉问题是有效的。     

输流管道含有内共振的横向受迫振动研究

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端铰支输流管道含有内共振的非线性受迫振动问题。对于外激励作用下的流固耦合系统,当第二阶固有频率约为第一阶值的3倍,并且激励频率接近系统固有频率时,系统会发生含有强烈内部共振的主共振。利用多元L-P法求解这种振动响应,并详细分析振动中前两个模态的运动及外激励幅值对内共振的影响。数值算例揭示了系统由于内共振而发生的更加丰富而复杂的动力学行为,并且表明,随着激励幅值的增大,部分内共振的发生趋势将降低并最终消失。研究结果同时证明了多元L-P法在研究非线性动力学方面是便捷而高效的。     

含常数激励非对称Duffing系统的主共振响应及鞍结分岔研究

针对含常数激励的非对称Duffing系统开展鞍结分岔特性研究。采用谐波平衡法求得系统在主共振下的周期解,采用Floquet理论分析周期解的稳定性,利用幅频响应曲线上鞍结分岔点处具有切线铅直的几何特征,计算系统关于常数激励和简谐激励频率的鞍结分岔集,并分析阻尼和简谐激励幅值对系统鞍结分岔集的影响规律。结果表明,在常数激励与简谐激励频率构成的参数平面上,鞍结分岔集由两条曲线组成,其中一条为软特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,另一条为硬特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,两条曲线包围的参数区域为多解参数区,在两条曲线交叉形成的参数区域内,系统存在5解共存现象以及复杂的振动突跳现象。随着常数激励的增大,系统软特性逐渐增强、硬特性逐渐变弱,两者对应的共振滞后区从分离到交叉,直到硬特性共振滞后区消失。增大系统阻尼或减小简谐激励幅值有助于抑制系统主共振响应中的多解及复杂振动跳跃现象。     

随机横桥向激励下斜拉索面内耦合振动特性研究

研究了横桥向零均值高斯白噪声随机激励下斜拉索面内耦合振动特性.基于牛顿运动定律及Galerkin模态截断原理,考虑拉索的垂度、大位移引起的几何非线性及初始静平衡特性,推导了拉索空间三维非线性随机振动平衡微分方程,采用等价随机线性化法推出了14维拉索面内、面外横向振动状态向量一阶均方微分方程组,利用Runge-Kutta数值积分法求解该方程组的均方根响应特性.研究表明,当拉索承受面外横向激励超过一定值时,由于耦合振动项的耦合作用,拉索面内横向振动也将被激起,发生面内耦合振动所需的临界激励均方值随着拉索阻尼比的增大而增大,在此运动状态下,即使激励为平稳荷载,拉索振动也将呈现非平稳特性.最后,采用Lyaponov指数判断系统在耦合振动过程中的稳定性特性,分析了阻尼比对稳定性的影响.     

窄带随机激励带集中质量梁的主参激共振

以受窄带随机激励带集中质量柔性梁为研究对象,采用多尺度法导出系统单模态主参激共振调谐方程组,结合FPK方程分析了力-幅特性下联合概率密度随激励幅值所出现的随机跳跃现象,结果显示:在三值响应范围内存在一外扇形峰及一内火山口峰,随着激励幅值减小,外扇形峰减弱而内火山口峰增强,表明响应逐渐从非平凡稳态响应向平凡稳态响应跳跃。     

Active control of nonlinear forced vibration in a flexible beam using piezoelectric material

Geometric nonlinearities of the beam and piezoelectric patch are considered. Velocity feedback control algorithm is implemented applying piezoelectric materials. The equation of motion of the system is established using Hamilton's principle. The effects of control gains on primary resonance properties of the beam are studied. It is observed that, with the amplitude of external excitation increasing, the amplitude of resonance curve increases. The velocity feedback control can improve unstable resonance of the beam. When the control gain is increased to a certain value, the unstable regions in the resonance and amplitude-frequency curves disappear.     

履带急救车非线性减振系统动态性能优化

针对履带急救车非线性减振系统在随机激励下的动态性能优化问题,首先提出了一种基于改进的分块增维精细积分法和NSGA-Ⅱ算法的多目标参数辨识方法,对履带急救车非线性减振系统进行了参数辨识;然后,应用Sobol’法分析了减振系统各物理参数对系统输出的全局灵敏度;最后,应用遗传算法对减振系统进行了动态性能优化。结果表明：经过优化,担架台垂向振动加权加速度均方根值由原来的0.5210m/s2下降为0.4183m/s2,降幅达19.7%,减振系统动态性能得到了明显改善。     

受简谐激励弹簧测力机构的1/3次亚谐共振研究

为研究弹簧测力机构的1／3次亚谐共振问题，应用拉格朗日方程得到有阻尼弹簧测力机构在简谐激励作用下具有周期系数的非线性运动微分方程-Duffing—Mathieu方程；根据非线性振动的多尺度法求得系统满足1／3次亚谐共振情况的一次近似解，并对其进行数值计算。分析了激力、谐凋值、阻尼、弹簧刚度等对系统的影响。随着阻尼的增加，系统幅频响应曲线向开口方向移动。随着弹簧刚度和激力的增大，系统幅频响应曲线上下两条曲线的距离逐渐增大。对于硬刚度系统，当谐调值大于零时，随着谐调值的增大，系统幅频响应曲线幅值逐渐增大。对于软刚度系统，当谐调值小于零时，随着谐调值的减小，系统幅频响应曲线幅值逐渐增大。     

RLC电路弹簧耦合系统的级数解

为了研究RLC电路弹簧耦合系统的非线性振动，用统一的能量法考虑机电耦合系统的电场能、磁场能和机械能，应用拉格朗日-麦克斯韦方程建立起一个受到简谐激励的RLC电路弹簧耦合系统的数学模型，该机电耦合系统具有平方非线性。根据线性振动理论对系统运动微分方程组进行分析，得到了一个受简谐激励的Mathieu方程，通过积分变换，得到了Mathieu方程的级数形式解。分别用龙格库塔法和级数法计算了在无外激励的情况下，有阻尼和无阻尼时系统分别对应的时间响应，通过Matlab软件进行模拟分析，发现二者得到的响应曲线吻合，证明了级数法对分析类似系统是个很有效的手段。     

非线性弹性地基上矩形薄板的非线性振动与奇异性分析

研究非线性弹性地基上小挠度矩形薄板的非线性振动，应用弹性力学理论建立非线性弹性地基上小挠度矩形薄板受简谐激励作用的动力学方程，利用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程。根据非线性振动的多尺度法求得系统主参数共振-主共振情况的一次近似解，并进行数值计算。分析了阻尼系数、地基系数、激励参数等对系统主参数共振-主共振的影响。系统主参数共振-主共振曲线均具有跳跃现象。随着阻尼、地基系数的改变，系统响应曲线具有“类软刚度特征”。随着参数激励幅值的改变，系统响应曲线具有“类硬刚度特征”。应用奇异性理论得到系统主参数共振-主共振稳态响应的转迁集和分岔图。     

随机激励作用下悬浮隧道锚索的振动响应

为了研究水下悬浮隧道锚索在随机激励作用下的响应,考虑锚索的垂度效应,建立水下悬浮隧道锚索非线性随机振动方程,采用蒙特卡罗数值模拟法对随机激励作用下锚索的振动响应进行研究。研究结果表明:在零均值高斯白噪声激励作用下锚索的位移和速度均方根响应经过一定时间后将趋于定值;随着激励荷载均方根的增大,锚索位移和速度均方根响应也随之增大;由于水体阻尼力的作用,锚索的位移和速度均方根响应比空气中的锚索大幅减小。     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的主共振与奇异性

通过Galerkin方法，将Winkler地基上四边自由受横向简谐激励矩形薄板的控制微分方程转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法，求得了系统满足主共振情况时的一次近似解以及对应的定常运动，并对其进行数值计算，分析了激振力、调谐值、阻尼系数、非线性参数对系统的影响。对主共振定常运动分岔响应方程进行了奇异性分析，得到了开折参数平面的转迁集和分岔图。揭示了一些新的动力学现象。