基于有限元法的输流管道系统非线性振动研究

输流管道的横向振动是造成管道破坏的主要原因.首先建立了输流管道系统的横向振动有限元方程,给出了四种不同的边界约束条件.应用振型分解法进行了系统的模态分析,分别求解了振动系统在无阻尼和有阻尼情况下的固有频率和固有振型.采用Newmark法求解了系统的响应.研究了管道跨距、流体流速、流体压强、流体流速扰动、流体压强扰动等系统参数对振动系统的模态和响应的影响,为输流管道系统的减振研究提供了理论支持.     

BTA深孔振动钻削断屑分析

切屑顺利排出是BTA深孔加工的至要环节,是直接影响正常生产的关键问题,而断屑问题的解决是良好排屑的前提条件。对振动钻削断屑进行了理论分析;通过实验,探讨了切屑形态变化与切削参数之间的关系,总结出断屑的最佳切削条件。     

多频混凝土搅拌机的非线性动力学行为

目的提出椭圆螺旋线族轴心轨迹型拟周期运动的概念,建立混凝土搅拌机力学模型与运动微分方程,分析搅拌机的非线性动力学行为．方法将转子动力学理论、非线性振动理论和混沌振动理论用于分析混凝土搅拌机的动力学行为,利用计算机仿真的方法,在一定的具体参数下,结合波形图、轴心轨迹图、相平面图和poincare截面图,分析搅拌机系统非线性动力学行为．结果计算机仿真结果表明：当搅拌轴转速在工作转速时,在一定的具体参数下,搅拌机在运转过程中,出现混沌或拟周期运动;发现椭圆螺旋线族轴心轨迹型拟周期运动,具有主频和分频特征．结论椭圆螺旋线族轴心轨迹型拟周期运动和混沌运动,有利于提高混凝土的微观匀质性和混凝土强度．     

非线性油膜力作用双跨转子系统动力学特性研究

依据非线性转子动力学理论,建立了符合实际情况的非线性油膜力作用下双跨轴承-转子系统的动力学模型,利用数值模拟分析了非线性油膜力对转子系统耦合故障响应的影响,研究了在不同工况下系统的分岔与混沌运动,得到了非线性响应的时域波形图、轴心轨迹图和幅值谱图,分析了系统的周期运动、拟周期运动以及混沌运动等复杂的运动形式及其演变过程,发现了该系统丰富的非线性行为。     

双铰抛物线弹性拱的混沌行为

要设计出具有好的非线性动力学特性的拱结构,需要了解拱在外激励下的长期非线性动力学行为,对两铰抛物线弹性拱在横向周期荷载下的混沌运动行为进行了研究。基于变形体的几何方程及拱的单元平衡方程建立拱的非线性动力学模型,然后利用Galerkin原理得到控制拱横向振动的二阶三次非线性微分动力系统,并由此得无扰动系统的不动点与同宿轨道;使用Melnikov方法得到了拱混沌振动的临界条件;最后通过数值仿真得到该微分动力系统Lyapunov指数谱、Lyapunov维数、平面相轨线、Poincare映射等混沌特性,并以此判定     

形状记忆合金梁动力稳定性及混沌运动

研究了受轴向载荷的形状记忆合金梁的动力稳定性与混沌运动。基于形状记忆合金的热-机行为和拟弹性行为本构关系及梁的动力学平衡方程，建立了反映形状记忆合金梁横向振动的非线性动力学模型；用平衡态定性分析法讨论了梁动力稳定性与材料相转换间的关系；用数值仿真研究了梁的混沌行为与温度、载荷及阻尼间的关系。研究表明．梁的横向振动平衡态的稳定性与材料相的稳定性完全一致；在马氏体与奥氏体共存状态下．系统的混沌特性最强；系统的混沌特性随载荷的增加而增强．随阻尼的增加而减弱。     

摩擦系数对轴向推力作用下碰摩转子振动特性的影响

推导建立了轴向推力作用下的碰摩转子非线性动力学方程。以转定子间摩擦系数为控制参数,对碰摩转子系统横向振动和轴向振动行为进行了数值仿真。分析表明:转子与定子间摩擦系数对转子系统横向振动和轴向振动特性的影响非常明显,摩擦系数越大,转子系统振动越复杂。随着摩擦系数的增加,转子系统由简单的周期振动突变为拟周期振动。增大摩擦系数,以转速比为控制参数的系统轴向振动的复杂运动区范围变大,且复杂运动区的振动幅值也有增大趋势。分析结果对旋转机械碰摩故障的识别提供了理论依据。     

变速粘弹性传送带混沌运动

基于Kelvin粘弹性材料本构方程及带运动方程建立了同时具有速度和横向力扰动的粘弹性传送带非线性动力学模型。利用Galerkin's方法将系统简化为参数激励的单模态Duffering振子,并得到系统的音叉分岔点、同宿轨道;利用Melnikov函数法讨论了不同参数（如带稳态速度、扰动速度、扰动力、材料性能等）对系统混沌域的影响。结果表明：1)速度和力扰动同时存在时,混沌域位于第一象限一直线上方,且混沌域随速度扰动频率增加而变小,随力扰动频率增加而变大,当力或速度扰动频率不变时直线都过定点,与之对应不能通过改变力或速度扰动幅值改变混沌域;2）对速度低频扰动可通过增加带速度并保持较大扰动振幅避免混沌,对速度高频扰动通过减小带速度避免混沌;3）材料粘性增加混沌域变小,材料刚度增加混沌区域变增大。     

双钢轮压路机的非线性建模及其传动干扰分析

根据双钢轮振动压路机的整机结构特点和双激振工作特性,充分考虑前后随振土对压实系统的非线性振动耦合,建立了7自由度动力学跳振模型,基于周期内连耦—脱耦—再连耦的分解思路,以YZC12型压路机为算例,分析在平稳接触、轻微碰撞和强烈碰撞3种不同压实工况下系统的非线性振动响应.结果表明,前后轮跳振产生的运动偏移量是产生传动干扰的主要原因,随着代表不同密实度的压实进程土壤参数变化,系统时域波形出现简谐波式畸变,一阶、二阶和四阶频谱出现分数倍亚谐波和高次超谐波非线性响应直至进入混沌,同时行驶速度主要影响前后随振土的力学参数,进而影响前后轮的运动差异.通过主动控制机架与振动轮的一级减振系统参数可以明显弱化系统的非线性振动响应和前后轮的压实传动干扰.     

薄壁零件高速铣削振动影响因素研究

铣削振动埘薄壁零件的加工过程有很人的影响.进行了薄壁件动态特性分析工艺试验,在不同走刀顺序、小同切削参数下进行了振动位移动态信号分析,对试验结果进行了讨论;研究了几种切削参数对薄壁零件加工颤振的影响,通过对比,得到了系列有益的结论:为了保证薄壁零件加工过程的平稳和加工质量,应采用火径向切深、小轴向切深的切削方式、选择合适的每齿进给量和切削速度等,为进一步研究薄壁件切削加工动态特性、进行切削参数优选奠定了基础.     

端部约束悬臂输流管道的非线性动力学特性

针对悬臂端受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道,采用分岔图、相平面图、Poincare截面和Lyapunov指数等非线性振动的数值仿真方法,研究其在自激-参数激励-外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动特性的影响规律和各参数之间的相互制约关系.数值仿真结果表明,管道系统随质量比、端部约束刚度和管道粘弹性系数的不同,分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌.     

不同雷诺数下弹性薄板流激振动实验

为了揭示流体-薄壁结构之间相互作用的机理,在4种不同的进口流动雷诺数下,采用3D-PIV流场测试系统和DH-5935N动态信号测试分析系统同步测试,分别得到方柱绕流后弹性薄板周围流场的时空演化特性和受激振动薄板的运动规律.实验结果表明,弹性薄板振动对流动雷诺数极其敏感,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场结构的对称性遭到破坏,受激振动板最终表现出非周期、非对称的耦合振动行为.     

BTA深孔钻的结构优化及切削仿真分析

BTA深孔钻是一种典型的深孔加工内排屑钻头,刀具结构与刀具角度是影响加工质量与加工效率的重要因素。深孔加工过程中封闭,通过实验的方法优化刀具结构与角度难度较大。采用有限元的方法,用ANSYS软件建立了BTA深孔钻静力及模态三维分析模型,得到了BTA深孔钻变形特点及六阶振型图,为BTA深孔钻钻头结构优化提供参考;采用Advant Edge软件建立了BTA深孔钻各刀齿钻削过程模型,研究了切屑形成过程及刀具角度对切削力、扭矩的影响规律,进而为刀具角度优化提供理论参考。     

利用非线性反馈控制一类振动系统的振动

研究一类带有黏性阻尼摆的振动系统的复杂动力学行为。通过拉格朗日方程和牛顿第二定律,建立此振动系统的动力学方程。借助相图、Lyapunov指数谱和分岔图研究系统的混沌行为,用非线性反馈控制方法对此类振动系统的运动状态进行控制,利用Matlab进行数值仿真。通过受控参数证明利用非线性反馈方法可以实现系统的混沌控制,系统的混沌行为得到了有效控制。     

刀具振动与加工表面形貌分布特性的关联分析

为探究大螺距螺纹车削加工中刀具振动对加工表面形貌沿工件轴向分布特性的影响,进行螺距16 mm外螺纹的车削实验,获取刀具振动时域特征参数和加工表面形貌特征参数沿工件轴向分布的行为序列;采用灰色关联分析方法,研究刀具左刃、右刃切削大螺距螺纹时,沿切深方向、切削速度方向和轴向进给方向上刀具振动对螺纹面加工表面形貌分布特性的影响;对比两次不同切削方案的实验结果发现,刃口半径、后角和切削次序等参数直接影响刀具振动与加工表面形貌分布特性之间的关系,调整上述工艺参数可改变刀具振动对加工表面形貌的影响特性。     

横向流中细长圆柱体的非线性行为分析

研究了横向流中具有非线性支承的细长圆柱的非线性力学行为。利用微分求积法将横向流中细长圆柱体的运动偏微分方程离散为常微分方程组,采用分岔图、相平面图等方法分析了横向流速变化对系统响应的影响。结果表明:所研究的系统存在周期运动和混沌运动,可用微分求积法来离散时滞的动力系统的运动方程。     

异步冷轧工艺系统的非线性振动研究

构建异步冷轧工艺系统的非线性振动模型,分析该动力系统在不同工况下的运动特性,包括分岔、混沌及主共振。通过对动力学方程的仿真和分析,判定系统性态发生变化的条件,以此获得系统振动的运动发展趋势。通过观察系统运动路径的周期性变化,定性获知系统的稳定运动周期轨道。通过不同频率比ω_b、不同异速比n的相图、Poincaré截面图和分岔图,得到异步冷轧系统非线性振动性态的变化趋势:异速比n对于系统振幅的影响不大;不同的调谐值σ对异速比n的敏感性不同,在0右侧附近的调谐值σ对异速比n最敏感,存在幅值跳跃现象。通过对异步冷轧系统主共振的分析,明确轧制系统的共振发生区域,以及参数变化时共振形态的变化趋势。研究结果可为实际轧制生产提供参数优选区间,避开共振区频率,当生产系统的物理特性改变时及时调整临界参数,减少和抑制异步冷轧系统的振动,提高板材轧制质量。     

深孔镗削加工振动稳定性及防振技术研究

对深孔(L/D>5)镗削加工的过程进行数学建模.通过拉普拉斯变换后得到临界稳定下的系统特 征方程,利用图解法作出深孔镗削加工振动的频率响应轨迹曲线,对深孔镗削时自激振动产生的机理和稳定 条件进行了系统的理论分析和研究,指出了镗削加工过程中绝对稳定边界及稳定下的阻尼比取值范围;结合 实验结论和长期积累的实践经验,给出了车床深孔镗削加工中切实可行的减振和防振措施,为机械加工技师和工程技术人员的实际工作提供了参考.     

煤巷顶板锚固孔钻进钻杆振动机理与特征分析

基于煤巷顶板锚固孔钻进过程中钻杆存在横向振动、纵向振动、扭转振动,且岩石的响应力与反扭矩是钻杆发生3种振动的主要原因.利用数值计算方法,对λ=1.0~1.5条件下,煤巷顶板几种常见的岩石模拟钻进,获取了4种岩石对钻杆的响应力与反扭矩,并得到了钻杆的振动特征,发现应力状态的改变对钻杆振动特征影响不明显,钻杆在砂岩中钻进时主要振动形式以横向振动为主,在砂质泥岩中钻进时以纵向振动为主,在泥岩和软弱夹层中钻进时以扭转振动为主.钻杆横向和纵向振动响应频率按由大到小顺序依次为:砂岩、砂质泥岩、泥岩、软弱夹层.扭转振动响应频率按由大到小顺序依次为:泥岩、砂岩、砂质泥岩、软弱夹层.     

二自由度含间隙碰撞振动系统的分岔与混沌

针对二自由度含间隙碰撞振动系统，建立了正弦激励作用下的碰撞振动方程，推导了振动系统满足稳定碰撞的周期解参数和解存在的充要条件，给出了Poincare映射的数学关系.在此基础上，进行了周期运动的稳定性分析，研究了系统随参数改变出现分叉和通向混沌运动的途径.计算结果表明，该振动系统存在复杂丰富的动力学行为.在一定的参数条件下，系统除了存在稳定的周期运动形态之外，还存在着倍周期分叉、Hopf分叉以及其他分叉，系统会沿着倍周期分叉、Hopf分叉等多种途径进入混沌运动.