轴向移动局部浸液单向板非线性动力学分析

研究轴向移动局部浸液单向板的非线性动力学特性及稳定性。建立单向板非线性振动方程,考虑几何非线性、轴向移动、轴向张力、阻尼、液固耦合作用及非线性气动载荷,利用Galerkin法对振动方程离散化,获得模态坐标的非线性微分方程组。对离散的非线性方程组分别用近似解析法、数值方法进行分析,研究系统的主共振特性。     

浸液轴向变速运动黏弹性板的组合参数共振

针对浸没于液体中的轴向运动黏弹性板,考虑其速度发生扰动变化,根据经典薄板理论以及达朗贝尔原理,得到该系统的横向振动控制微分方程。假定液体为无黏、无旋、不可压缩的理想流体,流体对板的动压力由板的附加质量来描述。采用多尺度法,分析系统的偏微分方程及边界条件。根据可解性条件及Routh-Hurwitz判据,确定系统和式组合共振与差式组合共振的失稳区域,并讨论不同参数对系统两种组合共振失稳区间的影响。     

载流导线间轴向运动导电梁的参数-主共振

研究轴向运动导电梁在载流导线产生的周期变化磁场中的参数-主共振问题。给出载流导线间导电梁处的磁感应强度、梁的应变能、动能及所受电磁力表达式,推得轴向运动导电梁的磁弹性横向振动微分方程。应用伽辽金积分法,得到导电梁无量纲化的非线性参数-主共振微分方程。利用多尺度法求解方程,得到系统关于非线性参数-主共振联合方程的近似解析解。通过计算,得到了轴向运动导电梁共振幅值随调谐参数变化的幅频图,共振系统的动相平面轨迹图,以及在变化调谐参数下的时程图和相图。结果表明,相关参数的改变对系统的共振幅值及稳定性影响明显。     

两平行导线间轴向运动载流梁的非线性主共振

研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。给出两平行导线间载流梁处磁感应强度及所受电磁力表达式,推得轴向运动载流梁的横向振动微分方程。应用伽辽金积分法,得到轴向运动梁无量纲化的非线性振动微分方程。采用多尺度法进行求解,得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例,得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图。结果表明,各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征有较大影响,且非线性振动特征较为明显。     

轴向运动层合薄壁圆柱壳内共振的数值分析

以轴向运动复合材料薄壁圆柱壳为研究模型,考虑其弹性模量随振动频率变化(动态弹性模量),据Donnell非线性扁壳理论及经典层合壳理论获得模型非线性振动微分方程。采用含四个广义模态坐标的位移展开式,利用Galerkin方法对振动微分方程离散化;用变步长四阶Runge-Kutta法对非线性模态方程组进行数值积分,研究复合材料圆柱壳1:1:1:1的内共振现象;讨论圆柱壳轴向运动速度、阻尼系数及外激励幅值对系统1:1:1:1内共振响应作用。     

旋转复合材料薄壁轴的不平衡非线性弯曲振动

研究几何非线性复合材料薄壁轴在偏心激励作用下的非线性振动特性。在轴的应变位移关系中引入Von Kármán几何非线性,基于Hamilton原理和变分渐进法(VAM)导出复合材料传动轴的拉-弯-扭耦合非线性振动偏微分方程组。为了着重研究轴的横向弯曲非线性振动特性,在上述模型中忽略轴向变形和扭转变形,得到轴的横向弯曲非线性振动偏微分方程,其中考虑了黏滞外阻和内阻的影响。采用Galerkin法,将偏微分方程转离散化为常微分方程,在此基础上利用四阶Runge-Kutta法对常微分方程组进行数值模拟,获得位移时间响应图、相平面图和功率谱图,研究了外阻、内组、偏心距和转速对非线性振动响应的影响,发现旋转复合材料薄壁轴存在混沌运动。     

随从力作用轴向运动叠层板的亚谐波共振

研究随从力作用轴向运动正交各向异性叠层板的亚谐波共振问题。基于给出的叠层板动能、势能、中面应变势能、轴向拉力引起的应变势能以及外力虚功,通过哈密顿原理导出叠层板的非线性振动方程。将非线性振动方程运用伽辽金积分法离散并进行无量纲化,推得关于时间变量的非线性振动微分方程组。应用多尺度法求解非线性方程组,分别得到前三阶模态稳态运动下1/3亚谐波共振幅频响应方程。最后通过算例分析,得到了振幅-调谐值特性变化曲线图、振幅-速度特性变化曲线图、振幅-激励幅值特性变化曲线图和激发共振双值解临界点曲线图。结果表明,共振幅值均是双值解,不同阶共振振幅有明显区别。     

基于多维模态方法的流体二维非线性强迫晃动分析

基于多模态方法分析了二维容器内液体的强迫非线性晃动问题,采用绝对速度势函数描述动坐标下的流体非线性运动,根据Bateman-Luke变分原理,将非线性自由边值问题转化为等效的泛函极值问题,将自由液面波高函数和绝对速度势函数展开为广义Fourier级数,得到相互耦合的有限维非线性模态系统(一组非线性常微分方程),采用Runge-Kutta(龙格-库塔)法求解非线性常微分方程组,从而得到液体的强迫非线性晃动响应,分别模拟并讨论了矩形容器内液体在强地震作用下的晃动响应、在水平谐波作用下的普通共振稳态响应、在竖向谐波作用下的参数共振稳态响应,预测了液体在普通共振与参数共振共同作用下的液面响应。将多模态结果与其它数值方法的结果进行了对比,计算结果表明,多模态方法在长时间非线性稳态响应分析上具有其独特的优势。     

Z型折叠板内共振下非线性振动特性研究

Z型折叠板是一类复杂多体结构,在工程实际中应用广泛。以大型的空间可展开结构为实际工程背景,考虑了Z型折叠板折叠过程中各部件的运动耦合关系,基于Reddy经典板理论和von-Karman几何非线性应变位移关系,利用Hamilton原理建立了Z型折叠板的非线性动力学控制方程。利用有限元分析得到了Z型折叠板结构的模态函数,运用二阶Galerkin截断,得到了Z型折叠板二自由度的非线性常微分方程。考虑系统主参数共振-1∶2内共振的情况,通过摄动分析得到系统四维直角坐标形式的平均方程,最后利用数值模拟方法研究了横向激励对Z型折叠板非线性动力学特性的影响。     

非线性动态特性系数对汽轮机转子-轴承-密封系统运动特性的影响

为准确地反应汽流激振下汽轮机转子-轴承-密封系统的运动特性,推导了包含非线性动态特性(非线性刚度、阻尼)的转子运动微分方程,将数值模拟获得的非线性汽流激振力拟合成方程耦合到运动方程中,采用龙格-库塔法求解对应的运动方程,基于试验对比验证了考察非线性因素的必要性与运动微分方程的准确性。在此基础上,分析汽流激振力作用下不同非线性动态特性系数对转子运动特性与稳定性的影响。结果表明：系统中的非线性动态特性会改变转子不同类型的混沌运动区域与位移,使1/2、1/3、2/3工频的出现范围及幅值改变,密频现象增加;耦合热、动载荷后高负荷区域转子位移减小。对比Lyapunov指数,考虑非线性动态特性后其均值有所上升;合理的非线性刚度能够改善系统的稳定性,高非线性阻尼值能提高系统稳定性;耦合热、动载荷后的系统高负荷运行时更稳定。     

斜拉桥塔-索-桥耦合连续模型及其内共振分析

研究斜拉桥桥塔-斜拉索-桥面的连续耦合振动模型及其2∶2∶1和1∶1∶1内共振问题。计及拉索的重力垂度、倾角及空气阻尼等因素,将桥面简化为一端固支、一端受弹簧力作用的Bernoulli-Euler梁,桥塔视作受弹簧拉力和阻尼力的质量块,建立了桥塔-拉索-桥面连续耦合非线性振动模型。利用多尺度方法得到了系统发生内共振的条件,并求出系统的三个自由度稳态运动幅值所满足的关系式。对系统的内共振进行了数值模拟,验证了理论分析的正确性。结果表明,桥塔和拉索在初始扰动下会发生1∶1内共振,桥面在一次近似意义上仅仅提供了内共振产生的约束条件,但在内共振过程中没有参与系统各部分之间的能量交换。最后发现一定条件下,系统会出现混沌运动。     

磁场中导电旋转圆板的磁弹性非线性共振

研究旋转运动圆形薄板在磁场中受到机械载荷作用时的磁弹性非线性共振问题。根据哈密顿原理推导出旋转运动圆板在磁场中的磁弹性非线性振动方程,基于电磁理论给出了旋转板所受电磁力的表达式;通过位移函数的设定并应用伽辽金积分法,得到横向磁场中旋转导电圆板的磁弹性轴对称振动微分方程。应用平均法对系统非线性主共振问题进行求解,得到稳态运动下的幅频响应方程。通过数值计算,得到固支边界条件下圆板的幅频特性曲线以及振幅随磁感应强度、转速、激励力等参数的变化规律曲线图,分析了不同参数对旋转板共振幅值及非线性特性的影响。     

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。     

四边简支FGM矩形板非线性振动中的内共振

基于Reddy高阶剪切变形板理论、Galerkin法与Hamilton原理,在同时考虑几何非线性、材料物性参数随温度变化且材料组分沿厚度方向按幂律分布的情况下,通过理论推导建立起四边简支功能梯度材料矩形板受面内与横向简谐载荷共同作用下的非线性运动控制微分方程;在此基础上建立了受热载荷作用下的具有二阶模态的非线性运动控制微分方程。分析了面内静态载荷对于给定参数下系统不同内共振的影响,发现随着面内静态载荷的不同系统会出现1:1、1:2 与1:3的内共振关系。计算结果发现由于不同内共振关系对应的面内静态载荷不同,不同内共振关系下所求得的一阶频率大小各不相同,所对应的瞬态响应也会不同。     

四边固支功能梯度矩形板的主共振分析

针对四边固支约束的陶瓷-金属材料功能梯度矩形板,在给出非均匀材料的应力应变关系及非线性几何方程基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了相应的达芬型非线性振动方程。应用多尺度法对非线性系统的主共振问题进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了共振下解的稳定性判别条件。作为算例,给出了不同参数下功能梯度矩形板共振的幅频曲线图和动相平面相轨迹图,讨论了不同参数对系统非线性振动特性的影响     

斜拉桥拉索模态耦合非线性共振响应特性

考虑拉索垂度及几何非线性的影响,导出了斜拉索的面内外耦合非线性振动方程。通过Galerkin方法,将偏微分方程化为常微分方程,用多尺度法对耦合方程求解,得出了面内外一阶模态耦合振动特性。对典型斜拉桥拉索进行了计算,结果表明:拉索可能产生1:1内共振,共振频率区间及振动幅值与索的垂度大小有关;索内阻尼对共振特性也有较大的影响;由于非线性的影响,响应幅值与初始条件有关。     

外激励作用下输流管道伴随内共振的非线性振动分析

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端固定输流管道伴随内共振的非线性受迫振动问题。外激励流固耦合系统固有频率第二阶约为第一阶3倍且激励频率接近前两阶固有频率中间值时会发生伴随强烈内部共振的组合共振,并用多元L-P法求解振动响应,分析前两模态运动及外激励幅值对内共振的影响。数值算例揭示出系统因内共振发生的更丰富、复杂的动力学行为,随激励幅值增大内共振发生趋势降低,响应形式亦发生变化。用多元L-P法研究非线性动力学便捷、高效。     

纵向与横向振动耦合作用下轴向运动梁的非线性振动研究

利用增量谐波平衡法(IHB法)研究轴向运动梁在纵向与横向振动耦合作用下的非线性振动,尤其是在横向第1,2固有频率之比1/2接近1：3情况下的内部共振。首先利用哈密顿原理建立非惯性参考系下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。再利用IHB法进行非线性振动的分析。典型算例获得了纵向振动与横向振动耦合时非线性振动复杂的频幅响应曲线,探讨了耦合情况下对系统振动的影响,揭示了很多复杂而有趣的非线性现象。     

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.     

Galerkin法求解弹性边界条件下圆板的流-固耦合振动特性

用干圆板振型作为基函数将圆板位移展开为级数形式,采用速度势函数描述流体运动,研究了弹性边界条件下圆板的流-固耦合振动特性。根据圆板的平衡微分方程和流-固耦合界面的速度连续条件,结合Galerkin法和Fourier-Bessel级数展开法,建立了系统的控制方程。求解了流体中圆板的固有振动特性,并将计算结果与数值仿真结果进行对比,验证了方法的正确性。通过改变弹簧刚度,分析了几种常见边界条件下圆板的振动特性,结果表明,自由和导向边界圆板的振型受流体的影响较小。研究了流体深度对圆板振动特性的影响,结果表明,当深度大于1.5倍圆板半径时,流体深度的改变对于圆板自由振动的影响可以忽略。