计及应力刚化效应的空间大运动曲梁动力学建模与分析

从连续介质力学非线性位移-应变关系出发,导出计入应力刚化效应的空间柔性梁变形能表达式。利用浮动框架有限元方法和哈密顿变分原理推导了满足小变形假设的空间曲梁的一般运动动力学方程,并利用模态缩减法对动力学方程进行了维数降阶。所推导的动力学方程可用于高速旋转一般运动空间柔性曲梁动力学问题的求解。通过数值仿真讨论了应力刚化效应对大范围运动小变形空间柔性曲梁动力学特性的影响,并与ADAMS软件和ABAQUS软件的仿真结果进行了对比,指出了ADAMS软件在高速旋转柔性多体系统数值计算方面的一些缺陷。所提出的计及应力刚化效应的空间曲梁动力学建模方法为高速旋转一般运动柔性多体系统动力学建模和分析提供了参考。     

计及二阶效应的梁杆系统动力响应分析方法研究

基于动力刚度法和有限元理论提出了一种考虑二阶效应计算梁杆动力响应的新方法。通过求解轴向力作用下Bernoulli-Euler 梁横向和轴向挠度自由振动微分方程,利用位移边界条件反解出待定系数,得到了动态精确形函数;使用经典有限元方法推导了考虑截面自身旋转惯量的质量阵和考虑二阶效应的刚度阵,该质量阵和刚度阵各元素均为轴力和圆频率的超越函数;建立了杆系结构瞬态动力学分析的动力平衡方程,给出了稳定和高效的求解方案。对几个典型的算例进行了计算分析,并与通用软件ANSYS 的计算结果进行了比较。计算结果表明:该分析梁杆系统动力响应的新方法具有较高的计算精度和效率,特别是能够准确地计入轴力对于梁杆动力响应的影响。     

齿轮传动系统的非线性冲击动力学行为分析

主要研究在考虑时变刚度和摩擦时,轮齿间隙及载荷参数对齿轮系统冲击动力学响应的影响,首次研究了齿轮传动非线性动力学的脱啮冲击、周期解的形成过程及对应的非光滑系统冲击中出现的切分岔行为。含时变参数系统的解析求解非常困难,本文根据间隙函数,将相平面划分为三个区域并构建了与之相对应的Poincare映射,结合谐波平衡法及序列二次规划方法求得了区域 和 内的解,利用数值仿真的方法分析了载荷参数、初始条件等因素对齿轮冲击响应的影响,本文研究表明： 1)随着常量载荷 的增大,脱齿运行的时间减小,且啮合冲击的速度也逐渐减小,齿轮的运动也相对平稳,同时出现切分岔的初始速度的绝对值迅速增大;2) 随着载荷波动分量 的增大,脱齿运行的时间减小,但是啮合冲击的速度也相应的有所增大,轮齿间冲击的冲击比较剧烈&;#61472;。     

计及陀螺效应的翼吊式机翼-发动机系统结构动力学特性研究

针对翼吊式发动机机翼系统的特点,运用Hamilton原理建立了计及发动机陀螺效应的Bernoulli-Euler悬臂梁振动方程;从陀螺力矩理论出发,分析了转子对结构的耦合作用机理,研究了不同转子转速和结构参数条件下,转子陀螺效应对悬臂梁结构固有特性的影响,从而为进一步研究计及转子陀螺效应的大型客机机翼发动机系统动力学特性及气动弹性特性奠定了一定的理论基础。     

计及齿轮时变啮合刚度的机车驱动系统振动稳定性

针对齿轮时变啮合刚度激励的机车驱动系统振动问题,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开,采用黏着系数-蠕滑速度经验公式描述具有负斜率特性的轮轨黏着力,建立了驱动系统扭转振动和轮对纵向振动的耦合模型。在系统振动微分方程的平衡位置处对其进行线性化处理,进而利用多尺度法获得了系统振动稳定的边界条件,并进行了数值仿真验证和参数影响分析。分析结果表明:增大被动齿轮与主动齿轮的等效惯量比、轮对与构架的质量比有助于增强机车驱动系统的稳定性;当机车速度接近119/j(km·h~(-1))(j=1,2,3,…)时,由于齿轮时变啮合刚度的作用,驱动系统会产生参数共振;且当速度接近119 km·h~(-1)时,系统产生参数共振的区域较广,且啮合阻尼在[0,1×104]N·s·m-1范围内变化时,对系统参数共振区域的范围影响很小,机车应尽量避免以该速度行驶。     

考虑温度效应的空间钢结构索张拉控制研究

索张拉控制是预应力空间钢结构施工过程中的核心问题。该文首先讨论了基于控制索原长的倒装张拉控制基本原理,指出现有张拉控制理论存在不考虑实际施工过程中温度变化等不可预知因素影响的缺陷,分析了温度效应对索、杆、梁单元的影响,提出了考虑温差影响的索张拉控制修正过程。最后以某预应力柱面网壳索张拉控制为研究对象,研究温度变化对索张拉控制的影响。结果表明该结构的索张拉控制力修正值在±18度温差范围内大致呈线性变化,按该文方法修正索张力后张拉施工仍能达到设计目标。     

多自由度齿轮系统非线性动力学分析

建立三自由度多间隙齿轮系统耦合振动模型,综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和轴承纵向响应等非线性特性因素的影响,并采用变步长4~5阶Runge-Kutta法对系统状态方程进行数值求解。构建系统的Poincaré截面,得到系统的位移-时间映像图,通过分析位移-时间映像图,发现系统在支承间隙较小而支承刚度较大时更加稳定;根据分析位移-时间映像图的结论,选择合理的参数,画出系统随频率变化的分岔图,结合相图和Poincaré映射图分析系统的非线性动力学特性,发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、倍化分岔和混沌等现象。     

微线段齿轮系统动力学特性分析

利用有限元法求出了微线段齿轮的时变啮合刚度,考虑微线段齿轮齿廓的特殊性,建立了单自由度微线段齿轮传动系统的动力学模型,模型中考虑了综合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。通过数值仿真分析了比对两种齿轮系统在不同转速、载荷下的动力学响应,并指出了系统的亚谐共振及其幅值跳跃特性。对比分析了两种齿轮的分叉特性,结果表明,微线段齿轮相比普通渐开线齿轮具有更好的稳定性,其系统的混沌转速区间小,在中高速重载时其系统振动幅值小,传动更加平稳。     

考虑支撑间隙的齿轮系统动力学响应分析

以两轴式变速器三档传动齿轮为研究对象,对于通过花键与输出轴连接的从动齿轮,由于制造误差和装配误差,在其中心处所存在的支撑间隙必将影响齿轮传递动态特性,对此以二状态模型描述从动齿轮支撑处间隙副的接触状态及碰撞摩擦特性,建立考虑时变啮合刚度,齿侧间隙,综合齿频误差等非线性特性因素的运动微分方程,采用变步长Runge-Kutta法对状态方程进行数值求解,结合相图、Poincare截面和功率谱密度图,综合分析间隙值大小等因素对齿轮系统的动力学特性的影响。数值算例分析表明,随着间隙值的增大,齿轮啮合线的传递误差从单周期运动逐渐过渡到混沌运动,从动轮的位移响应经历了单周期-准周期-单周期的变化;间隙值过大时,间隙副出现明显的单边接触状态。     

SS304不锈钢循环变形行为温度效应的实验研究

对SS304不锈钢进行了系统的室温、高温单轴和非比例多轴应变控制循环和应力控制循环行为的实验研究。重点讨论了温度变化对材料应变循环特性和棘轮行为的影响；同时也讨论了在同一温度、不同加载形式条件下材料的应变循环特性和循环棘轮行为特征。结果表明，SS304不锈钢的循环变形行为具有明显的温度效应，并且在400～600℃范围内，材料会体现出显著的动态应变时效特性。     

间隙约束悬臂梁系统的动力学行为实验研究

在实验中，以受间隙约束的悬臂梁系统为模型，对该系统在简谐激励下存在的各种非线性动态响应状态进行了定性的研究，并利用Matlab软件对实验数据进行处理，绘制出相图。通过分析，得出不同的响应状态随系统参数变化的演变规律，为理论研究提供实验依据，从而促进非线性振动理论的发展。     

基于系统动力学的供应链中销售商行为研究

基于库存管理的基本目标,针对销售商库存管理行为对整个供应链产生的影响进行了研究,利用系统动力学的方法构造一个销售商的进货方式模型,综合考虑了销售的不同情况,利用系统动力学专业软件Vensim构建模型仿真,对销售商的订货行为进行仿真实验.并分析了根据销售量来决定订货量和综合考虑销售和库存因素决定订货量两种策略下各种指标的变化趋势,给出适合销售商经营特点的策略方案.     

齿轮传动转子-轴承系统动力学的研究进展

齿轮－转子－轴承系统是高速旋转机械最重要的部件之一。本文简要回顾了齿轮动力学建模和齿轮－转子－轴承系统动力学研究的发展历史，重点评述了近20年来齿轮－转子－轴承系统的弯扭耦合振动和非线性动力学的研究现状，最后对一些理论和应用研究以及相关学科的发展等方面进行了展望。     

轮轨黏着下计及齿轮啮合特性的机车驱动系统主共振

针对机车驱动系统的振动问题,考虑了内部齿轮啮合的静传递误差、时变啮合刚度和齿侧间隙,建立了内部齿轮啮合动态激励和外部轮轨黏着力激励共同作用下机车驱动系统的动力学模型及方程,采用多尺度法进行求解,获得了系统主共振的频率响应方程,并开展实例研究,仿真分析了系统参数变化对频率响应曲线的影响以及轮轨黏着力变化对驱动系统主共振响应的影响。研究结果表明:轮轨黏着力的动态变化值会影响系统主共振发生的频率和幅值;系统的非线性特性使得主共振的频响曲线产生多值情况,误差速度项激励的系数F_3、误差谐波项的幅值e_r、一次谐波刚度的比值k_(e1)的减小或系统阻尼的增大有利于减小多值区域的产生,同时,F_3、e_r、k_(e1)的减小对振幅有一定的抑制作用。此外,主共振时(不计齿轮啮合阻尼),在无量纲时间[2 000~2 500]范围内,当静平衡位置处蠕滑率s_0=0.012,考虑轮轨黏着力的动态变化时位移的最大值较轮轨黏着力为恒值时减小了约35.35%;当s_0=0.035,考虑轮轨黏着力的动态变化时位移的最大值较轮轨黏着力为恒值时增大了约115.55%;且两种情况下,考虑轮轨黏着力的动态变化与否对系统振动的相轨迹和频谱图具有较大影响。     

含裂纹故障的齿轮系统动力学特性研究及其故障特征分析

考虑齿轮的时变啮合刚度、传动误差和轴承支撑刚度的影响,建立含齿根裂纹故障的齿轮系统多自由度力学模型,基于动力学方法对其故障机理进行研究。通过材料力学的方法计算齿轮在正常和含裂纹两种情况下的啮合刚度,对比两种刚度曲线的变化趋势,便于进行精确的动力学特性分析;对建立的模型求解系统的动态响应,结果表明当齿根存在裂纹时,其时域波形中会出现周期性的冲击现象,频谱中在啮合频率的基频及其倍频等地方形成一系列等间隔的边频谱线,其间隔大小等于故障齿轮的转频;这些边频成分幅值较低,能量分散且分布不均匀,在不同频带的幅值大小存在差异。针对上述特点,通过正交小波包方法对信号的频带进行分解,应用倒频谱分析各子频带信号的边频成分;结果表明,该方法能够有效的提高信号的信噪比,有助于识别和提取信号中由裂纹故障引起的边频成分。     

考虑修形的斜齿轮系统非线性激励与动力学特性研究

斜齿轮的啮合刚度与轮齿误差的求解是三维空间问题,其修形后的啮合刚度计算方法不同于直齿轮,而传统解析方法在计算斜齿轮啮合刚度时没有考虑斜齿轮啮合线和啮合位置的三维空间位置,无法准确得到修形后的斜齿轮系统啮合刚度激励与误差激励。建立综合考虑齿廓修形和齿向修形的刚度与误差非线性耦合激励模型,研究不同齿廓修形参数与齿向修形参数对斜齿轮啮合刚度以及系统动力学特性的影响规律;以系统振动加速度幅值最小为优化目标,确定斜齿轮系统的最佳修形值,利用数值方法得到斜齿轮系统的振动加速度幅频响应曲线,研究结果发现:选取的最佳修形参数可有效降低斜齿轮齿数交替区啮合刚度的波动,大幅度降低共振点附近的振动加速度幅值;最后通过建立的齿轮传动系统实验平台进行系统动力学特性实验研究,验证了理论模型及分析结果的正确性。     

Chen系统的动力学行为及其吸引子结构的研究

利用受控Chen系统,并基于镜像操作方法,发现Chen吸引子是由左、右两个吸引子所组成的复合结构,且左、右吸引子均可由极限环生成.采用一维时间序列相空间重构技术和系统混沌的定量判据准则,揭示出Chen系统从规则运动转化到混沌运动所具有的普适特征:Chen系统可通过Pomeau-Manneville途径走向混沌,且其间歇性与Hopf分岔和倍周期分岔有关,在这些途径上既可观察到锁相和准周期运动,也可观察到类Chen吸引子、Chen系统和Lorenz系统之间的过渡吸引子和类Lorenz吸引子.     

航空MDYB-3定向有机玻璃蠕变行为温度效应试验研究

对航空MDYB-3定向有机玻璃不同温度下的蠕变行为进行了试验研究.得到了有机玻璃在20,50℃和75℃和不同应力下的蠕变曲线,结果表明:有机玻璃蠕变分为三个阶段,随着温度和应力的增大,有机玻璃的蠕变速率加快,蠕变断裂伸长增大,抗蠕变断裂时间变短.运用陈化理论,Norton公式和指数公式分别描述了蠕变三个阶段的特性.     

齿向修形直齿轮系统动力学特性分析

研究了直齿轮齿向修形对齿轮系统振动特性的影响。首先考虑直齿轮齿向修形偏差,将轮齿沿轴向离散成若干宽度相等的薄片,建立了齿轮副啮合刚度模型。然后以一对直齿轮副为例,分别使用有限元法和本文方法分析了齿轮副啮合刚度,结果表明所提方法能够快速准确求解齿向修形直齿轮副的啮合刚度。最后建立齿轮系统有限元模型,分析了齿向修形对系统固有特性、振动响应特性的影响。研究结果表明:齿向修形降低了齿轮副啮合刚度,考虑齿向修形后齿轮系统弯扭耦合固有频率减小,齿轮系统响应的共振峰出现了偏移。研究结果可为齿向修形齿轮的动态响应计算和结构设计提供理论依据。     

计及温度与应变率效应的超高分子量聚乙烯纤维束的拉伸力学性能

文中针对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维束在计及温度(-60～80℃)和应变率(1×10^-5～3.3×10^-2s^-1)的25种工况下,基于轴向拉伸实验数据,研究了UHMWPE纤维束力学性能的温度和应变率效应及其破坏模式。结果表明,UHMWPE纤维束的力学性能具有一定的应变率和温度效应,但后者具备更为强大的影响力,其使UHMWPE纤维束在温度高于50℃时强度产生显著下降;此外,低温在提升UHMWPE纤维束拉伸强度的同时也会削弱其力学性能的应变率效应,在-40～-60℃范围内,UHMWPE纤维束拉伸强度和失效应变基本不受应变率影响。在UHMWPE纤维束的损伤破坏模式研究中发现,在脆-韧性转变存在的温度区间内(25～80℃),转变发生的临界应变率与温度之间具有密切联系,温度每升高约30℃,临界应变率就会提升1个量级。