两端弹性支承裂纹管道的非线性动力学特性

研究两端弹性支承输流管道含圆周方向裂纹时的非线性动力学特性。首先,推导出裂纹管道的模态函数与局部柔度系数,然后运用Galerkin离散技术将管道运动方程在模态空间中展开,采用非线性动力学仿真方法得到管道系统响应随各参数变化的分岔图和最大Lyapunov指数图。数值结果表明,这种两端弹性支承的特殊边界裂纹管道在参数激励、自激励和外激励联合作用下,表现出丰富的非线性动力学特性,分别出现周期运动、概周期运动、阵发性混沌和混沌等多种响应形式。     

轴向周期激励下含脉动流体的简支管道横向振动的稳定性分析

研究了轴向周期外激励对含有脉动流体的两端简支输流管道横向振动稳定性的影响。基于经典流固耦合方程,采用了二阶Galerkin 方法对其进行求解,用解的收敛性作为稳定判据求取了管道横向振动的稳定性方程。研究结果表明,在管道某一失稳频率下,当管道受到相应频率的轴向激励且其激励幅在一定限度内时,该激励可以改善简支脉动输流管道横向振动的稳定性;当激励幅超过一定限度,系统的稳定性开始恶化;当轴向周期激励频率远离该失稳频率时,对该失稳频率附近管道的稳定性不产生明显影响。     

一般支承条件下输流管道的非线性动力学特性研究

摘要: 研究两端一般支承垂直放置的输流管道系统,采用非线性动力学分析方法,研究其在自激、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学特性,分析系统出现混沌运动的参数条件和进入混沌运动的途径。数值仿真结果表明,随着平均流速和质量比的增大,系统响应交替出现周期和混沌运动两种形态。系统进入混沌运动的途径为倍周期分岔,由混沌转化为周期运动的途径为倍周期倒分岔。混沌运动和周期运动出现的参数与流体的平均流速和管道端部的支承/约束刚度有很大关联,随着管道端部约束刚度的增大,系统出现混沌运动的区域减小,说明管道端部的约束刚度有益于抑制混沌运动的发生。     

一类非线性相对转动系统的动力学行为及其机理分析

研究了一类具有非线性刚度的相对转动系统的动力学行为。应用Routh-Hurwitz稳定性理论判断了相对转动系统平衡点的稳定性。应用分岔理论研究了平衡点失稳时的分岔行为,推导了平衡点产生fold分岔的条件,进而通过仿真得到了平衡点在双参数平面上的分岔集及单参数分岔曲线,研究了不同参数区域内平衡点的个数以及稳定性问题。应用分岔图研究了相对转动系统随平方非线性刚度系数及激励角频率变化的全局动力学行为,获得了周期三以及混沌等动力学行为。通过调整平方非线性刚度系数得到了慢变外激励下相对转动系统中的对称式和不对称式fold/fold簇发行为。     

轴向变速运动大挠度薄板的非线性动力学行为

研究轴向变速运动大挠度薄板横向振动的稳定性及分岔现象。在von Kàrmàn非线性大挠度板理论基础上, 利用达朗贝尔原理建立系统的动力学模型。通过Galerkin截断, 将时间变量和空间变量、位移函数和应力函数耦合在一起的偏微分方程离散, 得到系统运动常微分方程。利用数值方法分析板随平均速度、速度脉动幅值和外激励力变化时的运动分岔行为。利用最大Lyapunov指数和Poincaré映射图识别系统的动力学行为。结果发现, 当板的某些参数变化时, 系统出现分岔现象。不同参数时, 系统呈现周期运动、倍周期运动、概周期运动, 甚至混沌运动。     

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。     

非线性转子-轴承系统的动力学降维分析与试验研究

应用有限元法建立转子-轴承试验系统的非线性动力学模型,采用固定界面模态综合降维法将原高维系统转换为低维少自由度系统,采用Newmark-β法对降维后模型进行求解,在和全自由度模型对比满意的前提下,得出转子系统的三维谱图、分岔图、三维振幅图、轴心轨迹图以及Poincare截面图,并和试验结果进行对比,结果表明本文所建立的动力学模型,较为真实地反映了试验系统的非线性特性,为计算复杂转子-轴承系统的深层次动态设计提供理论依据。     

对称型内平动齿轮系统的非线性动力学分析

摘要：基于拉格朗日方程,建立了含有两个呈对称布置的平动齿轮的内平动齿轮传动机构的动力学模型,通过啮合相对位移函数分析及无量纲化处理,得到系统的无量纲6自由度运动微分方程。通过对系统可能存在的不对称因素(平动齿轮支撑轴承不对称、啮合间隙不对称以及平动齿轮受载不对称)对系统动力学特性的影响进行分析,表明三种不对称因素均会引起系统的分岔,且混沌区域随非对称因素的不同表现出不同的分布规律,并且使得周期解呈现出不同的特性。     

转向传动机构间隙对车辆摆振系统动力学行为的影响分析

对考虑转向传动机构间隙的车辆摆振系统动力学行为进行了分析。基于非线性系统动力学相关理论,应用二状态模型描述横拉杆和转向梯形臂之间的间隙副接触状态,建立了考虑转向传动机构间隙的四自由度摆振系统动力学模型。对上述模型进行数值分析,借助相平面、Poincaré映射及分岔特性等分析了间隙对于车辆摆振系统动力学行为的影响,为更好地实现车辆摆振控制提供了理论支持。     

分析弹性地基一般支承输流管道的动力学特性

研究Pasternak双参数地基一般支承输流管道的线性固有频率及非线性动力学特性。综合考虑管道黏弹性系数、地基的剪切效应、线性刚度的影响,建立了系统运动微分方程。根据两端一般支承的边界条件推导出线性系统固有频率方程,分析了基础激励与脉动流作用下,流速对系统非线性动力学特性的影响。数值结果表明,管道一阶临界流速随弹性系数的增大呈现先增大后减小的趋势,当弹性系数足够大时,管道随流速的增加发生一阶、二阶模态耦合现象;系统响应随流速变化呈现由倍周期分岔过渡到混沌运动的特性;当管内流体流速足够大时,系统响应保持混沌运动状态。     

轴向流中细长圆柱体的简化模型及动态特性分析

研究了轴向流中两端支承圆柱体的动态特性.对Modarres-Sadeghi等人建立的非线性运动微分方程进行了简化,得到细长圆柱体比较简单的非线性理论模型.利用简化后方程对系统的稳定性和屈曲、颤振等失稳现象进行了分析,其结果与Modarres-Sadeghi等人的相应结果不仅在定性趋势上完全相同,而且在一些关键分岔点(失稳点)的位置等定量数据也非常相近.     

脉动流发生装置诱导弹性管束振动的实验研究

为了实现对换热器内弹性管束振动的有效激发和控制,提出了一种新型脉动流发生装置,搭建了脉动流诱导弹性管束振动测试实验台,测试了换热器内各排弹性管束在不同工况下的振动响应。结果表明:在脉动流发生装置诱导下,弹性管束主要有两个振动频率,一个频率基本不受入口流速的影响,另一个频率随入口流速的增加而增加;提出的脉动流发生装置,一方面使弹性管束的振动强度明显增加,另一方面在一定程度上解决了各排弹性管束振动不均的问题。     

基于Lyapunov特征指数的钢制储液罐动力失稳概率分析

为有效量化储液罐在地震激励下的失稳概率,参考震害报告选取536组三维地震波记录,由压力-位移格式的流固耦合模型建立等效动力扰动方程,然后通过计算动态Lyapunov特征指数确定储液罐的动力失稳概率。选取某10万m3钢制储油罐作为分析对象,结果表明：水平向地震比竖向地震更易引起动力失稳,多维地震比单维地震更加危险;动力失稳概率随抗风圈的增加而减小;地震动方位、维数及抗风圈设置对“失稳概率-持时”曲线的影响较小。上述方法大幅降低了直接基于流固耦合模型确定储液罐动力失稳概率的计算成本,并能同时考虑地震动峰值与持时变化,从而全面直观反映地震动三要素的影响。     

钢悬链线输流立管顶部浮体激励非线性响应研究

钢悬链线立管在上部附体激励作用下的动力响应在立管的性能化设计中是非常重要的。本文作者考虑钢悬链线立管轴向大应变的特性以及弯曲刚度和内流的影响,利用Hamilton原理和拉格朗日应变理论建立了立管的二维动力学模型。将外部流体的非线性作用力用Morison方程表示,通过Hermite插值函数对动力学方程进行离散,采用平均加速度法求解立管的动力响应。探讨了弯曲刚度的存在、内流流动和外部流体的非线性作用力对立管受浮体激励顺流向动力响应的影响。     

随从力作用下功能梯度矩形板的非线性振动

本文研究了切向均布随从力作用下简支FGM矩形板的非线性振动问题。按照材料组份体积分数的简单幂率分布规律,FGM板的材料常数仅沿厚度连续变化。由大挠度的von Karman理论建立了以应力函数和挠度函数表示的运动偏微分方程组,再由Galerkin法转化成非线性常微分方程。对随从力作用下的四边简支陶瓷/金属矩形板,讨论了随从力、梯度指标和边长比对板的动力特性的影响,得到了各种条件下板中心振幅与非线性基频的关系。     

齿轮非线性动力系统的振动功率流分析

针对一对含侧隙、具有时变啮合刚度的非线性齿轮系统动力学模型,通过对该系统的振源功率进行分析,推导了系统振动功率流的时域仿真算法,探讨了决定系统功率流水平的主要因素。并综合运用点映射和胞映射方法,分析比较了系统对不同参数连续变化的分岔图和功率流图谱,研究了参数变化对功率流的影响,以期为将功率流理论应用于非线性齿轮啮合系统提供参考。     

移动式复合载荷作用下自紧身管的动态冲击响应研究

为研究某大口径自紧身管在火药燃气压力和弹带动态载荷复合冲击下的动力学响应演化历程,先提出三维残余应力场生成方法并利用脚本建模方式完成身管网格划分,而后计及挤进中诸能量形式及其相对比变化,通过联合多个用户子程序重新定义次要功系数及摩擦力模型并建立弹炮耦合非线性模型与内弹道方程组的关联通信,实现了上述载荷随火药燃烧而动态加载的过程,研究表明:基于该加载方式获得的数值结果能够比较准确地反映发射中身管真实响应,残余应力对身管应力场模式及演化有明显影响,两种复合载荷分布范围存在差异,弹带对身管动态作用力不可忽略。     

基于叠加模型的橡胶元件动态特性分析

基于模型叠加理论,针对橡胶元件的动态特性开展研究。采用时间—步长法,在MATLAB中建立了一维多参数橡胶叠加本构模型。模型由弹性单元、黏弹单元和弹塑单元并联构成。黏弹单元采用Able黏壶,用于表征橡胶元件的频率依赖性;弹塑单元采用多线性理想弹塑模型,用于表征橡胶元件的振幅依赖性。对比测试结果表明:在计算谐波激励下橡胶弹簧的受力时,力—位移迟滞曲线的计算结果与测试数据能很好地吻合,刚度频率振幅依赖性和阻尼频率依赖性能被较好的表征。在计算随机激励下橡胶隔振器的受力时,高频激励下的计算结果与测试数据能较好地吻合,低频激励下有一定程度的偏差,但计算精度在工程可接受范围之内。提出的叠加模型能较好的表征橡胶元件的动态特性,能够提高动力学模型的准确性。