1∶1内共振条件下受基础激励屈曲梁的非线性振动和分岔分析

研究两端固定屈曲梁这种同时含有2,3次非线性项的系统受基础简谐激励作用下的非线性振动响应及分岔演化过程。对屈曲梁的运动微分方程,利用Galerkin方法分离时间和空间变量,应用增量谐波平衡(IHB)法自动追踪屈曲梁的非线性振动响应的周期解和倍周期解,并用Floquet理论分析其解的稳定性。研究表明屈曲梁对称模态的固有频率随屈曲程度而变化,反对称模态的固有频率保持不变。研究发现基础简谐激励作用下,不同屈曲程度时存在两种截然不同的非线性现象:1)在非共振时,反对称模态未能被激发,系统经过发生倍周期分岔通向混沌运动;2)在1∶1内共振条件下,反对称模态在一定的频率区间里会被激发,系统发生Hopf分岔导致具有等间距边频带的准周期运动,最后至混沌运动。利用IHB法得到结果与用Runge-Kutta法得到的数值结果一致。     

外激励力作用下的轴向运动梁非线性振动的联合共振

研究轴向运动梁在外激励力作用下非线性振动的联合共振问题.利用哈密顿原理建立横向振动的轴向运动梁的振动微分方程,采用分离变量法分离时间变量和空间变量并利用Galerkin方法离散运动方程.采用IHB法进行非线性振动求解,分析在内共振条件且外激励作用下的联合共振问题,对周期解进行稳定性的判定.典型算例获得了不同外激励力振幅时系统非线性振动的复杂频幅响应曲线.     

含间隙强非线性扭振系统的分岔行为研究

建立了含间隙旋转机械强非线性扭振系统的动力学方程。应用MLP法求解谐波激励下强非线性系统的解析近似解,并运用MLP法与多尺度法结合的方法得到该系统的分岔响应方程。采用奇异性理论研究了系统在非自治情形下的分岔特性,得到不同参数下系统的分岔形态。最后通过具体算例,利用数值模拟的方法得到系统在强非线性项参数变化下的分岔行为,发现随着系统参数变化系统发生周期运动、倍周期运动以及混沌等多种运动形态的复杂动力学行为。研究结果为分析间隙引起的旋转机械传动系统扭振特性提供一定的理论指导和参考。     

参激非线性振子不稳定区域的实验研究

对一端固定、一端滑动、受轴向简谐激励的屈曲梁的非线性动力学行为进行了实验研究。对固定的参数激励频率和阻尼，当参数激励幅值较小时梁的运动是周期的，但大幅值激励会使运动通过倍周期分岔变为混沌。实验得到了动态响应在参数平面上的分布，并研究了阻尼对分布区域的影响。实验结果为全面了解系统解的分布及该类结构的动力学设计提供了有价值的资料。     

重力场对欧拉屈曲梁非线性吸振器分岔特征的影响研究EI北大核心CSCD

以欧拉屈曲梁构成的非线性吸振器为研究对象,针对不同的应用环境,分别建立有无重力条件对应非线性动力学模型并重点研究重力场对非线性系统分岔特征的影响。利用复变量-平均法推导出非线性系统的慢变方程,进而得到其对应的鞍结(saddle-node, SN)分岔以及霍普夫(Hopf)分岔边界。通过对比有无重力条件下的分岔边界发现,重力场使分岔边界受参数影响范围变大;进一步,在有重力场条件下,针对失谐参数和激励幅值对非线性系统分岔特征的影响展开讨论;最后,考虑重力场条件,针对欧拉屈曲梁非线性吸振器部分关键设计参数对系统分岔特征的影响进行了分析。计算结果发现:满足一定条件,SN分岔和Hopf分岔会有共存的情形;而且,频响幅值随激励幅值的变大而产生两个分支,随激励幅值继续增大,将使两个分支重合但多解区间并未消失且增大;欧拉屈曲梁长度和斜置倾角对分岔特性有较大影响,且变化规律相似,随着参数增大,SN分岔与Hopf分岔边界减小。     

轴向运动大挠度板的非线性动力学行为

该文研究了受周期激励轴向运动大挠度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轴向运动速度、外激励力幅值、长宽比和轴向拉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。     

考虑平方阻尼及分段线性刚度铰接塔-油轮系统的分岔与混沌特性

研究了铰接塔-油轮系统在规则激励下的分岔和混沌特性。将该系统简化为单自由度分段线性恢复刚度,含平方阻尼的动力学分析模型,建立了铰接装载塔的分段非线性运动方程。使用增量谐波平衡法(IHB)获得系统周期解,结合Floquet理论判断系统周期解的稳定性,使用增量弧长法进行路径跟踪,获得了系统响应曲线和通向混沌的道路,发现两种由倍周期分岔导致的混沌运动。并且,为了验证系统的混沌运动,计算得到了两种混沌运动从产生到消失过程的最大Lyapunov指数图。     

弦-梁耦合系统的动力学行为分析

本文研究了弦-梁耦合系统在初始平衡解处的稳定性与分岔情况,给出了特征值随阻尼参数的变化情况,并利用稳定性分析和特征值分析等解析方法,得到了初始平衡解、周期解和拟周期解的稳定边界以及导致Hopf分岔和2维胎面等分岔解的临界分岔曲线。最后,利用数值模拟方法研究了弦-梁耦合系统的稳定性与分岔情况。     

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。     

新型欧拉屈曲梁非线性动力吸振器的实现及抑振特性研究

将欧拉屈曲梁和线性弹簧并联使用,构建非线性动力吸振器。建立了安装欧拉屈曲梁非线性动力吸振器的系统动力学模型。利用谐波平衡法推导了主从振系的频响方程组。利用四阶龙格-库塔法对比计算了在瞬态激励和多频稳态激励条件下,未安装吸振器、安装线性和非线性吸振器时主振系在时间域和频率域的响应特性。在此基础上,开展欧拉屈曲梁的初始挠度、初始倾角和阻尼系数对其振动抑制性能的影响分析。结果表明:所提欧拉屈曲梁设计参数成功构建了非线性动力吸振器;与安装线性吸振器前后的主振系响应相比,对主振系的抑振效果明显;欧拉屈曲梁初始挠度和阻尼系数存在最优值;初始倾角增大可增强非线性动力吸振器的振动抑制能力。     

Duffing振子激励下平板声振特性研究

针对非线性振动激励下结构声辐射问题,由变分原理导出Duffing振子激励下平板声振耦合动力学方程,由模态展开法及增量谐波平衡法导出轻流体中耦合动力学方程的近似解析解,给出多频激励下平板表面平均振速及辐射声功率表达式,研究激励力频率、非线性项对系统振动及声辐射特性影响。结果表明,Duffing振子激励下平板的声振耦合问题为含离散与连续系统的复杂动力学问题;耦合运动下Duffing振子出现二次跳跃现象与新的共振特性;平板声振特性主要由三次谐波决定。研究结果可为隔振结构的声振设计提供理论依据。     

气动隔振系统非线性特性仿真与数值分析

建立了气动隔振系统非线性模型,在此基础上,利用matlab/simulink软件进行了仿真分析,得到了系统     

Spectra and autocorrelation functions of a geometrically nonlinear beam

Abstract

The aim of this paper is to explore the Fourier spectra and autocorrelation functions of a geometrically nonlinear elastic beam with supports subjected to harmonic excitation. By using the large deformation theory and considering the deflection caused by both moment and shear as well as the inertia force induced by both displacement and rotation, the equation of motion is derived, which turns out to be a nonlinear fourth‐order partial differential equation. Because of the complexity of the partial differential equation, this paper first employs the Galerkin method to reduce it into a nonlinear second‐order ordinary differential equation. Then the Runge‐Kutta‐Verner numerical method is applied to find the solution. Due to the nonlinearity of the equation, chaotic motion is found to exist in this nonlinear elastic beam system. This paper draws time histories and Poincaré maps to show that chaotic motion indeed exists in the geometrically nonlinear elastic beam. For both regular and chaotic motions, Fourier spectra and autocorrelation functions are then plotted, which can be used as important criteria to diagnose whether the geometrically nonlinear beam will be chaotic in the future because of the significantly different results from those two kinds of motions.     

二次非线性粘弹性圆板的2/1超谐解

计及材料的非线性弹性和粘性性质,研究了圆板在简谐载荷作用下的2/1超谐解,导出了相应的非线性动力方程。提出一类强非线性动力系统的叠加迭代谐波平衡法。将描述动力系统的二阶常微分方程,化为基本解为未知函数的基本微分方程;及分岔解为未知函数的增量微分方程。通过叠加迭代谐波平衡法得出了圆板的2/1超谐解。同时,对叠加迭代谐波平衡法和数值积分法的精度进行了比较。并且讨论了2/1超谐解的渐近稳定性。     

温度场中简谐激励斜梁的1/3次亚谐共振分析

以温度场中简谐激励斜梁的非线性振动方程为研究对象,应用多尺度法,求得非线性振动系统1/3次亚谐共振的一次近似解。对该解进行数值计算,分析温度、激励、几何尺寸等参数对1/3次亚谐共振幅频响应曲线的影响。随着初始温度和激励幅值的增加,1/3次亚谐共振的振幅和共振区增大。随着温度影响系数和长高比的增加,1/3 亚谐共振的振幅和共振区减小。     

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。     

简谐激励力作用下悬垂缆线的谐波共振

本文研究在简谐激励力作用下的悬垂缆线的谐波共振。用Hamilton原理导出悬垂缆线面内运动的非线性偏微分方程。通过假设悬垂缆线的挠度曲线，运用Galerkin方法将偏微分方程转化为常微分方程。用多尺度法研究悬垂缆线的超谐波共振和次谐波共振，得到了系统的定常周期解，平均方程和幅频曲线。研究了非线性对幅频曲线的影响和定常运动的稳定区域。     

热过屈曲梁振动的解析解

该文导出了面内热载荷作用下, 梁在其过屈曲构形附近微幅振动的解析解。首先基于经典梁理论, 推导了控制轴向和横向变形的基本方程。然后, 将2 个非线性方程化为一个关于横向挠度的四阶非线性积分-微分方程。假设梁的振幅以及由此引起的附加应变为无限小, 另设其响应为谐振, 则该非线性积分-微分方程将化为两组耦合的微分方程:一组控制非线性静态响应;另一组就是叠加于梁屈曲构形之上的线性振动方程。直接求解这些问题, 可以得到梁热过屈曲构形以及固有频率的解析解, 这些解是外加热载荷的函数。该文得到的精确解可以用于验证或改进各类近似理论和数值方法。     

退化环面上的非线性jerk方程近似周期解的同伦分析方法

用同伦分析法求解退化环面上的非线性Jerk方程的近似周期和近似解析周期解。所得结果表明文中得到的一阶近似周期和一阶近似解析周期解与Gottlieb用低阶谐波平衡法求解得到的结果一样。当参数和初速度较大时,一阶近似周期与精确周期的百分比误差是4.831 8%,而二阶近似周期与精确周期的百分比误差小于0.219 9%。与数值方法给出的"精确"周期解比较,二阶近似解析周期解比一阶近似解析周期解要精确的多。因此,同伦分析法是求解非线性Jerk方程的一种非常有效的方法。