一种由干摩擦引起的车床切削颤振

建立了由刀架弹性子系统及工件弹性子系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度颤振模型。通过数值模拟显示了此系统存在内共振现象,此时两个子系统的振幅会相互影响显著增大。同时利用平均法求出了此系统的1:2内共振的近似解析解,相应求得两个子系统的一组稳态振幅曲线,通过分析解释了系统发生切削颤振的原因及条件,为解决切削颤振问题提供了新的途径。     

匀速旋转刚环⁃内接柔性梁系统的共振分析

研究了旋转刚环?内接柔性梁系统的动力学建模与振动特性。基于浮动坐标系方法,考虑柔性梁由于弯曲变形产生的轴向缩短量,利用有限元法对柔性梁位移场进行插值,推导出柔性梁的动能、应变能和重力做功的表达式,运用第二类拉格朗日原理,建立旋转刚环?内接柔性梁系统的动力学模型。基于该模型分析系统的临界失稳转速,其仿真结果与现有数据以及商业软件 ANSYS 数值结果相吻合,可验证该模型的正确性。研究表明：系统存在比临界失稳转速小的共振转速,在共振转速时,重力周期性变化频率接近系统的固有频率,梁的振幅随时间的增大而增大;径长比越大,共振转速越小;系统在径长比为 1 时,无量纲共振转速区间为 2.20 至 2.36,若转速接近共振转速区间,则柔性梁的振幅时而变大,时而变小,产生拍振现象。     

斜拉桥塔-索-桥耦合连续模型及其内共振分析

研究斜拉桥桥塔-斜拉索-桥面的连续耦合振动模型及其2∶2∶1和1∶1∶1内共振问题。计及拉索的重力垂度、倾角及空气阻尼等因素,将桥面简化为一端固支、一端受弹簧力作用的Bernoulli-Euler梁,桥塔视作受弹簧拉力和阻尼力的质量块,建立了桥塔-拉索-桥面连续耦合非线性振动模型。利用多尺度方法得到了系统发生内共振的条件,并求出系统的三个自由度稳态运动幅值所满足的关系式。对系统的内共振进行了数值模拟,验证了理论分析的正确性。结果表明,桥塔和拉索在初始扰动下会发生1∶1内共振,桥面在一次近似意义上仅仅提供了内共振产生的约束条件,但在内共振过程中没有参与系统各部分之间的能量交换。最后发现一定条件下,系统会出现混沌运动。     

含干摩擦的二自由度制动系统颤振分析

以二自由度颤振系统为对象,对含有干摩擦的制动系统的颤振分岔、粘滑等复杂的非线性动力学行为进行研究。采用非线性摩擦系数、用二自由度的制动模型取代单自由度模型,建立相应的系统动力学模型;利用Runge-Kutta-Fehlberg(RK45)法数值分析与研究了系统动力学特性,得到随制动速度、支撑刚度和阻尼变化的质量块颤振振幅的变化曲线,分析发现:系统在低速下出现颤振现象,系统的支撑刚度和阻尼对其颤振的剧烈程度具有一定的影响,合理的系统参数能够减轻系统的颤振。     

旋转摩擦诱发粘滑振动特性分析

把旋转体和与弹性梁固结的质量块作为一对摩擦副,研究了旋转摩擦诱发质量块的粘滑运动规律.理论分析和仿真结果表明,旋转摩擦诱发质量块的运动是周期性的非常规振动,其运动过程为质量块先随旋转体一起粘滞运动,然后沿粘滞运动方向滑动,再沿相反方向滑动,无论在粘滞期还是在滑动期,质量块都在运动.这一运动重复进行,直到质量块脱离旋转体或旋转体停止转动为止.     

非惯性参考系中弹性薄板纵横振动相互耦合时的内共振分析

本文研究了非惯性参考系中弹性薄板的大范围运动与大变形运动相互耦合时的内共振。在建立了该动力系统运动控制方程的基础上,利用多尺度法得到了非惯性参考系中弹性薄板纵横振动强相互耦合和弱相互耦合时产生内共振固有频率所需满足的条件,讨论了弱相互耦合时横向振动产生分岔导致失稳的条件;用数值仿真模拟了系统包括了横向和纵向转动角速度两个分岔参数的空间分岔集,讨论了该动力系统的稳定性,并得到了它的分叉响应曲线。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

摩擦调节剂抑制钢轨波磨的机理研究

基于轮轨之间的摩擦耦合自激振动引起钢轨波磨的观点,论文建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对－钢轨－轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动摩擦自激振动有限元模型,用ABAQUS软件对该模型的运动稳定性进行了分析,重点研究了轮轨摩擦系数和蠕滑力-蠕滑率曲线负斜率对轮轨系统摩擦自激振动的影响。计算结果显示,轮轨摩擦系数对轮轨摩擦自激振动有重要影响,当控制摩擦系数 时可以消除钢轨磨耗型波磨,蠕滑力-蠕滑率曲线负斜率对钢轨波磨有显著影响。     

含改进LuGre动摩擦的非光滑振动系统的动力学分析

研究了一类由分段阻尼和弹簧及改进的Lu Gre动摩擦构成的非光滑振动系统的动力学行为。建立了含改进的Lu Gre动摩擦的非光滑振动系统的力学模型和运动方程,分析了系统的运动转换过程,通过数值仿真探讨了系统在滑移-黏滞-碰撞接触-颤振之间转换的动力学行为。结果表明,在一定的系统参数下,系统存在摩擦诱导周期黏滞颤振碰撞、周期黏滞碰撞等复杂多样的摩擦诱导振动形式。     

基于特征值分析的摩擦转子热稳定性研究

针对摩擦转子系统动力特性问题,建立一种热弯曲/振动耦合分析模型。耦合方程中既包含了热弯曲对转子振动的影响,也包括了振动对热弯曲的影响。在频域内应用特征值分析法,研究了摩擦转子的热稳定性。分析了某发电机转子升速过程中热特征值随转速的变化趋势,研究了碰摩刚度对热特征值和热弯曲旋转周期的影响。研究表明,临界转速之前,摩擦引起的热弯曲出现发散状态,碰摩热特征值实部随碰摩刚度升高而升高。临界转速之后,轻微摩擦引起的热弯曲是稳定的,但是当摩擦恶化到一定程度后,由此引起的热弯曲也是不稳定的。随着刚度的增加,热弯曲波动周期减小。     

大跨度桥梁典型断面颤振机理

该文建立了箱梁表面压力与颤振导数之间的数学关系,探讨了表面压力的分布特性对箱梁颤振导数和颤振临界风速的影响。结合流固松耦合的计算方法,利用动网格技术模拟了箱梁的风致振动。采用分块分析方法研究了箱梁表面压力的局部特性对颤振导数以及系统振动能量的影响。研究结果表明：箱梁迎风侧风嘴附近的分布压力对模型振动的稳定性产生了不利的影响,而模型尾部的压力则有助于提高系统的颤振临界风速。当迎风侧的分布压力向模型尾部移动时,对箱梁颤振稳定性影响较大的颤振导数则会发生较显著的变化,箱梁的颤振临界风速也随之增加,因此断面迎风侧风嘴附近区域的分布压力对颤振导数和系统振动的稳定性影响最大。另外,迎风侧风嘴附近的区域也是振动系统吸收气动能量的主要部位,而箱梁尾部风嘴附近的区域则消耗系统的振动能量。箱梁表面压力与模型振动最大位移之间的相位差对颤振导数有较大影响,当相位差沿断面呈反对称分布,并使气动阻尼始终为负时,则有利于箱梁颤振的稳定性。     

箱梁表面的压力分布对颤振稳定性的影响EI北大核心CSCD

该文建立了箱梁表面压力与颤振导数之间的数学关系,探讨了表面压力的分布特性对箱梁颤振导数和颤振临界风速的影响。结合流固松耦合的计算方法,利用动网格技术模拟了箱梁的风致振动。采用分块分析方法研究了箱梁表面压力的局部特性对颤振导数以及系统振动能量的影响。研究结果表明:箱梁迎风侧风嘴附近的分布压力对模型振动的稳定性产生了不利的影响,而模型尾部的压力则有助于提高系统的颤振临界风速。当迎风侧的分布压力向模型尾部移动时,对箱梁颤振稳定性影响较大的颤振导数则会发生较显著的变化,箱梁的颤振临界风速也随之增加,因此断面迎风侧风嘴附近区域的分布压力对颤振导数和系统振动的稳定性影响最大。另外,迎风侧风嘴附近的区域也是振动系统吸收气动能量的主要部位,而箱梁尾部风嘴附近的区域则消耗系统的振动能量。箱梁表面压力与模型振动最大位移之间的相位差对颤振导数有较大影响,当相位差沿断面呈反对称分布,并使气动阻尼始终为负时,则有利于箱梁颤振的稳定性。     

考虑粘滑效应的核电站环行起重机地震瞬态响应分析EI北大核心CSCD

核岛安全壳-吊车耦合体系在强震下的可维持性是影响核安全的关键因素之一。为揭示粘滑效应对体系抗震性能的影响,采用修正的LuGre模型描述驱动轮与轨道之间stick-slip行为;引入线性互补问题描述各叠放部件的非光滑接触,建立考虑多点摩擦接触的环行起重机刚柔耦合动力学模型;选取代表性的强震记录作为基岩地震动,对多工况下的地震瞬态响应进行分析,揭示耦合体系地震响应机理。研究结果表明:制动轮与轨道之间的摩擦力是将体系维持在既定位置的关键,动力学模型必须考虑粘滑效应;跳轨行为受三向地震共同影响,水平强震和竖向弱震亦可诱发跳轨;瞬时跳轨诱发瞬时冲击,峰值轮压可达静轮压的10倍,主钩峰值拉力达静拉力的2.5倍,须安装隔震装置避免钢丝绳破断。     

Flutter of viscoelastic strips

Using linear model, the parametric sensitivity analysis of viscoelastic panel flutter with an arbitrary function of relaxation, is examined by the Laplace integral transform method. The critical values of free stream velocities and frequencies of vibrations are determined from the condition that the real parts of the poles of integrand must be zero, which correspond to harmonic motion. Approximate and exact values of critical speed and corresponding frequencies for a general isotropic viscoelastic constitutive relations are obtained. The solutions are analyzed for critical, subcritical and supercritical cases. It is shown that the viscoelastic flutter speed is smaller than the corresponding elastic one if elastic moduli of material is equal to the initial value of relaxation function. Influence of aerodynamical damper is studied assuming that the parameter of viscous property of material is small enough in comparison with the parameter of aerodynamical damper and vice versa. AMS subject classification: 74H10, 74H55, 74K20     

Molecular dynamic simulation and characterization of self-assembled monolayer under sliding friction

The frictional mechanisms of a self-assembled monolayer (SAM) during nano-scale sliding are studied using molecular dynamics (MD) simulation. The MD model consists of a gold slider and gold substrate with n-hexadecanethiol SAM chemisorbed to the substrate. The trajectory, tilt angles, normal forces, frictional forces, friction coefficients and potential energies per molecular chain of the SAM molecules are evaluated during the frictional process for various parameters including as sliding height, sliding direction (i.e. pro- or anti- the SAM tilt angle), sliding velocity and system temperature. The various parameters are discussed with regard to frictional forces, mechanisms and SAM structural transition. Results show that stick-slip occurs and is related to the sliding period and tilt angle of the SAM molecules. Amplitude of the stick-slip cycle increases with decreasing sliding height until reaching a critical sliding height, which is characterized such that sliding below the critical height causes irreversible changes in the SAM molecular organization and cumulative loss of SAM lubricating efficiency. Different SAM recovery mechanisms were found for different sliding directions relative to SAM tilt angle (pro- or anti-tilt). In both cases, minimum friction occurred during the SAM tilt-angle recovery phase. The friction force curves for these two cases also showed a regular phase shift above the critical height. For stick-slip sliding above the critical height, anti-tilt sliding had significantly lower average friction, but this trend inverted below the critical height. Sliding lower than the critical height cause progressive disorder of the SAM structure and the characteristic differences between pro- and anti-tilt sliding were progressively lost.     

大长细比钝体构件涡激共振与驰振的耦合研究

当细长结构的驰振临界风速位于涡激共振风速锁定区间内或者接近时,存在涡激共振与驰振两种不同类型风振现象耦合的可能。该文对这两种振动耦合进行了理论推导并建立了相关的耦合振动预测模型;根据3个大长细比钝体构件的工程实例,通过数值模拟和风洞试验等手段获得的相关风振参数分别估算了两类振动的临界风速与锁定区间。由风洞试验测得的构件实际振动曲线与预测模型吻合良好,从而证实了一定条件下构件涡激共振和驰振存在耦合的可能,定性地说明了在两种不同振动机理下产生的气动负阻尼会相互叠加并共同抵消结构机械阻尼,使涡激共振幅值增大,驰振临界风速提前。     

基于地面共振试验的操纵面间隙非线性颤振分析方法

以某型民机带中心对称间隙的方向舵为研究对象。按动力相似准则设计了尾翼颤振风洞模型,通过地面共振试验获得不同操纵刚度和自由间隙组合情况下方向舵旋转模态的力频曲线,根据收敛的频率值获得有限元模型作动器单元的等效刚度,经动力学特性修正后的有限元模型进行了颤振分析。风洞试验后通过比较表明,计算结果与试验结果吻合:①颤振速度一致;②颤振频率的偏差不大于6.5%;③颤振型一致。由此可见,根据试验频率得到的等效操纵刚度是准确的,用来预测弹性操纵面的极限环振荡临界速度是可行的,可以作为民机适航符合性验证的一种手段。     

Stability of a column with a follower load and a load-dependent elastic support

Summary The influence of an elastic support on the stability of an elastic column under a follower load is investigated. The support is pinned and has a rotational spring whose stiffness is either constant or increases as the load is applied. Linear and quadratic stiffening functions are treated. An adjoint variational principle and a generalized Rayleigh-Ritz method are developed for this system. Characteristic curves are examined and the critical load, which is associated with flutter instability, is determined. The effects of the initial spring stiffness and the stiffening rate on the critical load are studied. It is found that an increase in either one of these parameters may lower the critical load, which is unexpected, and that support stiffening may have a significant influence on the vibrations and stability of a nonconservative system.     

基于超声电机作动器的翼段颤振主动抑制

研究采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振主动抑制。首先,通过实验获得超声电机的频率响应,经过非线性最小二乘法进行物理参数识别,建立了超声电机作动器的传递函数模型。然后,设计了具有控制面的翼段颤振实验模型,建立了机翼-控制面的三自由度气动弹性方程,设计了输出反馈的次最优控制律。数值仿真和风洞试验结果表明,以超声电机作为控制面作动器可以有效地抑制机翼颤振,并将颤振临界速度提高了13.4%。