非线性振动系统基于频率俘获现象的谐振同步分析

基于单质体非线性振动系统的机电耦合动力学模型,在对非线性振动系统起动过程中出现的频率俘获现象定量描述的基础上,考虑非理想振动系统的激振源与系统非线性振动运动的相互影响,研究了双激振源非线性振动系统基于频率俘获作用,实现谐振同步的理论条件。并依据激振电动机驱动系统与振动机械系统之间的耦合动力学模型及试验测定的试验台机械特性参数,通过数值仿真及试验,验证和解释了非线性振动系统频率俘获现象下,系统双激振源的谐振同步问题,指出非理想非线性振动系统的频率俘获现象,以及该现象下的多激振源谐振同步运动与振动系统的非线性强度、刚度、阻尼等参数之间的关系。研究结果对多激振源激励非线性振动系统的谐振同步运动现象分析,提供一定的理论支持和试验依据。     

压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析

为了探索压电谐波电机的机械-压电系统的非线性共振特性,设计了一种集压电驱动、谐波传动和活齿传动为一体的机电集成压电谐波电机。在非线性压电和非线性弹性效应的基础上,建立了驱动系统非线性机电耦合动力学方程。利用Linz Ted-Poincaré法推导了驱动系统非线性主共振响应方程,得出了主共振幅频响应曲线,分析了不同非线性效应对主共振响应的影响,最后通过四阶Runge-Kutta数值法验证了解析解的正确性。结果表明:在两种非线性效应中,非线性压电效应对主共振响应的影响是主要的;压电堆主共振出现在偏离固有频率较远处,且随着频率改变响应值出现跳跃现象;数值解与解析解响应曲线吻合较好。     

非线性振动系统非共振振动自同步特性

从理论计算、数值仿真和实验验证三个方面研究一类平面单质体非线性振动系统在非共振工作时的振动同步特性。首先,以反向回转双电机驱动的振动系统为研究对象,考虑其弹性元件的非线性因素,采用拉格朗日法建立其动力学模型;其次,基于Hamilton原理求出系统实现自同步的条件,利用一次近似判别法求出系统稳定同步运行的条件;然后,基于Matlab/Simulink软件,采用4阶龙格库塔法进行数值仿真,对理论推导的自同步条件及稳定性条件进行计算;最后,对一单质体振动样机进行实验测试。仿真结果表明,该非线性振动系统可以实现稳定的0相位自同步运动。通过理论计算结果、仿真结果以及实验结果的相互对比,验证该非线性振动系统同步特性理论的准确性。     

非线性刚度转子系统主共振解析分析

研究具有非线性刚度转子系统的主共振特性。用平均法求得非线性转子系统的平均方程、频率响应方程和主共振频率响应曲线，得到该转子系统幅频曲线的拐弯、跳跃和滞后现象，并给出系统的稳定性特征方程，为分析非线性转子系统运动特性提供理论依据。     

特高压输电系统次同步谐振分析

加装串补装置可提升高压输电线路的输送能力,但这也是系统发生次同步谐振的诱因之一。以某实际电力系统为例,采用解析法对汽轮发电机组轴系扭振的模态进行分析,对不同频率下系统等值阻抗进行扫描,研判发生次同步谐振的风险;并基于时域仿真,对不同工况下系统运行情况进行验证,结果表明：汽轮发电机组轴系扭振模态与解析法的计算结果吻合;机组轴系扭振的剧烈程度及振荡模态会随故障不同而改变;任何工况下,发电机轴段均不会发生轴系扭振。     

齿轮系统谐波共振的多尺度分析方法

考虑齿轮啮合动态刚度、传递误差、齿侧间隙等非线性因素,将时变刚度按5次谐波展开,齿侧间隙按3次多项式拟合,运用多尺度方法分析了单对直齿轮传动系统的谐波共振响应特性,讨论了系统在非共振硬激励下消去长期项的条件,给出了系统中存在的多种频率因子,发现了系统中存在2阶、3阶超谐波共振和1／2阶、1／3阶次谐波共振,推导了稳态振动下的频率响应方程,并绘制了频率响应曲线,分析了静态激励、动态激励、参数激励以及系统中阻尼对稳态响应的不同影响作用。     

谐波齿轮传动系统非线性扭转振动分析

考虑传动误差、非线性扭转刚度以及间隙等非线性因素,建立了新的谐波齿轮传动系统非线性微分方程。传动误差采用了新的计算公式。建立了对转矩转角实验曲线采用3阶多项式拟合,然后求导得到刚度公式的方法。开发了非线性动力学特性仿真分析软件。实验和仿真研究系统的动力响应,以及不同频率的误差分量对系统动态响应的贡献,明确了设计、制造及装配中主要的误差控制对象。     

非线性超声谐振方法及在结垢检测中的应用研究

针对压力容器和管道安全运行需要,发展了一种非线性超声谐振结垢检测方法。从理论上分析非线性细观弹性材料因迟滞效应引起的非线性弹性本构关系。研究发现,随着超声波激励幅值的增加,迟滞导致的非线性效应主要表现为超声波谐振频率向低频偏移和谐振频谱品质因数的变化。对涂有不同厚度模拟结垢的板试件进行非线性超声谐振检测试验,研究了激励电压水平对基波及二次谐波谐振频谱的影响规律,提出基于二次谐波弹性迟滞非线性系数和耗散迟滞非线性系数的结垢层厚度表征方法。在此基础上,将非线性超声谐振检测方法应用于实际工程中炉管结垢层检测,结果表明,利用二次谐波的弹性迟滞非线性系数和耗散迟滞非线性系数能较好反映炉管结垢状况。研究工作为实际工程中炉管结垢层检测提供了新的思路和方法。     

电动机轴承转子系统弱非线性主共振分析

以电动机轴承转子系统为研究对象,考虑转子系统受不平衡磁拉力、油膜力、偏心力、阻尼力以及非对称刚度等因素的影响。应用牛顿第二定律建立电动机轴承转子系统的弱非线性振动方程模型,应用求解非线性方程的平均法,得到系统主共振的幅频响应方程。并分析电磁参数对系统主共振幅频响应曲线的影响,随着转子半径、气密磁隙和铁芯长度的增加,系统的幅频响应曲线均向右偏移。     

基于时域准同步的谐波和间谐波检测算法

傅里叶分析法因其简单方便成为常用的谐波、间谐波检测方法,但该方法在非同步采样时存在频谱泄露问题,由此产生的谐波和间谐波的相互干扰会严重降低测量准确性.通过采用时域准同步方法减少频谱泄漏,并采用梳状滤波器分离谐波和间谐波,可以有效提高谐波和间谐波的检测精度.在电能质量测量实时性要求高的场合,为了避免梳状滤波器导致的长时延,可以通过引入时域平均法在时延较小情况下获得相当的间谐波测量精度.给出该方法在电力谐波、间谐波测量方面应用的算法流程,并分别在MATLAB和谐波分析仪上实现谐波、间谐波分析算例.     

轴向运动矩形板的谐波共振与稳定性分析

针对轴向运动矩形薄板的非线性振动问题,在给出薄板运动的动能和应变能的基础上,应用哈密顿变分原理,推得几何非线性下轴向运动薄板的非线性振动方程。通过位移函数和应力函数的设定,并应用伽辽金积分法,得到四边简支边界约束条件下受横向激励载荷作用轴向运动薄板的达芬型振动方程。利用多尺度法对系统的非线性谐波共振问题进行求解,得到稳态运动下关于共振幅值的幅频响应方程。依据李雅普诺夫运动稳定性理论对定常解的稳定性进行分析,得到解的稳定性判别式。通过数值算例,得到不同横向载荷和轴向速度下共振幅值的变化规律曲线图以及对应的相图,讨论分岔点变化以及倍周期运动规律,分析横向激励载荷和轴向运动速度对系统非线性动力学行为的影响。     

一种非线性振动系统参数辨识方法

文献 [1]提出了一种对非线性系统线性化的最小二乘法理想线性化方法 ,此方法当动态参数在较大范围变化时 ,仍能较准确地逼近原系统。本文利用理想线性化的结论来对非线性系统进行参数辨识。先假设原系统非线性模型是由某些已知的非线性函数构成 ,并找到一个系统较为逼近的线性模型 ,再利用理想线性化的结论推导出线性模型系数和非线性模型系数之间的关系 ,反推出系统的非线性模型。数值仿真结果表明 ,此非线性模型比最初线性模型更加逼近原系统。     

液固混合介质隔振系统的主共振分析

研究一类具有分段线性—非线性非光滑特性液固混合介质隔振器的主共振解析解。采用摄动法求解非线性段的瞬态响应,由常微分方程理论给出了线性段的瞬态响应。根据响应的连续性与周期性条件,联合接缝法与摄动法分析周期激励作用下系统的主共振响应。而后基于弹性恢复力的傅里叶展开,给出谐波平衡法求解非光滑隔振系统响应的一般步骤,并得到了一阶和二阶近似解。采用龙格—库塔算法对解析方法的有效性进行验证,结果表明:接缝法和数值计算的结果较为吻合,而谐波平衡法的二阶近似比一阶近似解更为精确。     

基于谐波平衡法的复合行星齿轮传动系统非线性动态特性

为揭示多间隙作用下Ravigneaux型复合行星齿轮传动系统的非线性动力学行为,建立考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的系统纯扭转强非线性动力学模型。将齿侧间隙非线性函数表达为描述函数的形式,运用谐波平衡法(Harmonic balance method,HBM)将方程组转化为非线性代数方程组,使用逆Broyden秩1法进行迭代求解,得到系统的基频稳态响应。通过改变时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差的大小,分析参数变化对系统非线性动态特性的影响。研究发现,由于齿侧间隙的影响,系统动态特性曲线出现幅值跳跃与多值解等典型非线性特征,系统出现复杂的冲击现象;齿侧间隙、啮合刚度波动与误差波动的耦合使系统的非线性程度得以强化。基于描述函数的HBM法可用于求解更加复杂模型的基频稳态响应,为深入研究复合行星齿轮系统的动态特性提供了一种方法。     

基于IHB法分裂导线次档距振荡的极限环特性

分裂导线中的背风子导线在尾流激振作用下会出现大幅的次档距振荡,是威胁高压输电线路安全运行的重要故障之一。针对此问题,首先,给出了背风子导线在尾流激振下,含气动非线性的两自由度次档距振荡动力学模型方程;其次,采用增量谐波平衡法推导了求解次档距振荡高阶极限环响应的方程,得到了次档距振荡极限环响应的前三次谐波响应,结果表明,导线次档距振荡只存在于一个风速区间范围内,随谐波次数的增加,高次谐波的影响明显减弱,其中一次谐波能够较好地吻合Runge-Kutta数值计算结果;最后,分析了档距和背风子导线的初始位置对次档距振荡的影响,为避免或抑制次档距振荡的发生提供技术支持。     

谐波传动中柔轮和波发生器的动力学建模与试验

将机械结构的动态建模与动态测试理论应用于谐波齿轮结构,通过一定的和简化建立了柔轮和波发生器组件的动力学有限元分析模型,从理论上求得其固有频率和振型。然后,利用力锤激振的方法进行了模态试验,验证了理论分析结果的正确性以及建模的可靠性。     

一种用于精确位置控制的谐波齿轮数学模型分析

研究了精密位置控制传动系统中谐波齿轮的一种动态模型,该模型分析了传动系统中各种摩擦力和谐波齿轮挠性传动的影响;研究了影响摩擦力的位置、速度及载荷因素,将谐波传动的非线性特性表述成为函数,导出了一种新的包括静态、库仑、黏滞摩擦力的数学模型。试验结果验证了该模型仿真的准确性,从而可预测谐波齿轮的控制反应,这将促进高精密控制谐波齿轮的研究及应用。     

弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响;基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析,重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明：模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下,调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面：当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时,齿根处应力值最大,辐板正面应力值最小;随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化,从动轮辐板正面应力变化较小,辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中,需重点针对三四节径行波共振进行处理。     

液压管路的谐振问题研究

液压系统中阀门(换向阀等)突然关闭时,液压泵的流量脉动频率和管道的基本频率相互作用,可能发生谐振。本文从理论上分析闭端管路系统发生谐振的条件,并给出了实例分析。结果表明,在安装液压元件时,换向阀至液压泵的管路应避开发生谐振的长度,以防止管路发生谐振。