基于非线性反馈的轧机主传动机电耦联扭转系统的分岔控制

针对轧机在轧制过程中轧辊与轧件间润滑条件变化引起系统失稳振荡,以及轧机主传动系统具有复杂机电耦联的特点,应用Lagrange-Maxwell原理建立一类含非线性摩阻的轧机主传动机电耦联扭转系统的非线性动力学方程,利用非线性动态分岔理论,分析该系统的稳定性,给出系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析超临界分岔和亚临界分岔对主传动系统扭转振荡的影响。为抑制传动系统因Hopf分岔引起的失稳振荡,选取驱动电动机定子电压为控制量,引入电动机速度反馈,构造非线性状态反馈控制器,并采用多尺度和谐波平衡法确定控制器参数,对系统的Hopf分岔点进行转移,并控制极限环的稳定性和幅值,该控制方法简单、易实现,数值模拟验证了所设计控制器的有效性。     

一类自治离心式调速器系统的Hopf分岔与混沌

研究一类自治离心式调速器系统的Hopf分岔与混沌运动等复杂动力学行为。利用Taylor级数展开得到离心调速器系统在平衡点附近的运动方程,并利用Hopf分岔定理研究系统发生Hopf分岔的条件及相应分岔解的稳定性,数值模拟验证理论分析结果。用4阶Runge-Kutta方法对这类自治系统进行计算,利用相图、Poincaré截面、分岔图等研究该系统的混沌运动。通过对系统参数的不断变化,分析得出系统由Hopf分岔通向混沌又进入周期运动的演化过程。     

三质块冲击振动系统的周期运动稳定性与参数匹配

通过非线性振动理论定性分析和数值仿真方法对一类三质块冲击振动系统的动力学响应进行了研究。通过对参数的合理匹配证实了系统单周期运动的存在性和稳定性,并对不同参数下系统的周期运动和分岔特性进行了分析。结合Poincaré映射方法分析了该系统单周期运动的转迁规律以及通向混沌运动的途径,仿真结果表明:单周期运动随激振频率的递增发生了Hopf分岔,转迁为概周期运动。     

基于非线性Drive-shaft模型的车辆传动系扭振稳定性分析

在车辆传动系统Drive-shaft模型的基础上通过引入非线性刚度和非线性阻尼,探究非线性项对传动系统扭振行为及其稳定性的影响。采用试验方法验证非线性项的存在性。建立考虑非线性刚度和非线性阻尼的传动系统Drive-shaft模型,采用Lagrange方法建立相应的当量化模型,采用分岔理论获得恒定激励下导致Drive-shaft模型稳定性发生改变的fold和Hopf分岔条件。采用多尺度方法得到Drive-shaft模型发生共振时的平均方程和幅频响应方程,进而采用分岔理论获得导致共振曲线失稳的fold和Hopf分岔条件。仿真分析非线性项对共振稳定性的影响,结果表明非线性阻尼的存在可能会引起Hopf分岔进而改变共振响应曲线的稳定性,非线性刚度的存在可能会引起fold分岔进而改变共振响应曲线的稳定性,同时避免Hopf和Fold分岔的发生可保证共振响应曲线的稳定性。     

一类碰撞振动系统的概周期运动及混沌形成过程

基于Poincar啨映射方法和数值仿真,对一类双自由度碰撞振动系统单碰撞周期运动的稳定性与分岔进行分析。着重研究单碰撞周期运动在非共振和弱共振条件下的内依马克沙克分岔、强共振情况下的亚谐分岔、Hopfflip分岔和多碰撞周期运动的内依马克沙克分岔。通过数值仿真分析概周期碰撞运动向混沌运动的演化过程。     

非线性Mathieu方程的局部分岔和在余维2退化点的Hopf分岔

针对海洋工程中的潜水艇拖缆问题的参数激励方程,研究其稳定性和复杂动力学特性.方程中包括阻尼项、x与(x)立方项等.利用多尺度法求解弱的非线性Mathieu方程的1/2亚谐共振解,得到局部分岔特性,并研究在余维2退化点的Hopf分岔和极限环的稳定性问题.用中心流形方法研究零解的稳定性,用Hopf分岔定理研究Hopf分岔产生的极限环的稳定性.     

非线性径向主动电磁轴承-转子系统的耦合动力学特性及稳定性

研究径向主动电磁轴承支承的不对称转子系统的动力行为及稳定性。转子模型中考虑了陀螺效应，结合分散PID(pmponional integral differential)控制器方程和转子运动方程，形成系统方程。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合，给出一种径向主动电磁轴承—转子系统线性失稳转速即Hopf分岔点所对应转速的计算方法。基于打靶法及将预估—校正机理和打靶法相结合形成的一种轨迹预测追踪的延续算法，研究系统非线性不平衡周期响应及稳定性边界。结合Floquet分岔理论研究随系统控制参数改变径向主动电磁轴承—转子系统周期运动的局部稳定性和分岔行为。     

椭圆轴承-转子系统非线性运动及稳定性分析

运行中的轴承—转子系统,由于油膜出现气穴,存在破裂区域,此时Reynolds方程的变分形式已不能满足。基于变分约束原理,按照油膜的物理特性,在动力积分、迭代过程中实时形成修正的Reynolds方程变分形式的有限元方程及其扰动方程,在不增加计算量的情况下,同时求得了非线性油膜力及其Jacobian矩阵,并且使其具有相互协调一致的精度。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合给出了一种轴承—转子系统Hopf分岔点所对应线性失稳转速及轴承动力学系数的计算方法。将时间尺度引入PNF(Poincare-Newton-Floquetl方法求得了系统Hopf分岔极限环解及其涡动周期,判断了该解的稳定性。基于PNF法及将延续算法和PNF法相结合的轨迹预测追踪算法研究了系统非线性不平衡周期响应,结合Floquet理论分析了非线性轴承—转子系统T周期运动的局部稳定性和分岔行为。运用Lyapunov指数分析了系统响应的混沌现象。数值结果展现了系统响应具有丰富复杂的周期、拟周期、多解共存、跳跃和混沌等非线性现象。     

局部碰摩转子系统的分岔与混沌形成过程

建立了一类具有非线性刚度的局部碰摩转子系统模型,用数值积分和Poincaré映射方法研究了该系统随频率比和阻尼比参数变化的分岔与混沌行为.通过分岔图、Poincaré映射图揭示了该系统存在Hopf分岔、周期3倍周期分岔、锁相、阵发性切分岔等非线性动力学行为,研究结果揭示了碰摩转子系统中一些复杂的非线性现象,为转子系统的故障诊断、振动控制、安全运行及早期预测提供了理论参考.     

基于Wilson-θ法的柔性转子系统的动力学分析

根据转子动力学理论建立了对称柔性转子-轴承系统的力学模型及非线性动力学方程;运用Wilson-θ法,并结合预估-校正机理和Newton-Raphson法,提出了一种有效的求解动力学系统不平衡响应的方法。以柔性转子转轴的刚度为控制参数,运用该方法求解了转子系统的不平衡周期响应,并结合Floquet分岔理论和Poincaré映射,分析了系统周期运动的稳定性及其分岔行为。数值结果揭示了系统具有周期运动、三周期运动、准周期运动、五周期运动、跳跃等复杂丰富的非线性动力学现象。     

1/2 SUBHARMONIC RESONANCE OF A SHAFT WITH UNSYMMETRICAL STIFFNESS

The 1/2 subharmonic resonance of a shaft with unsymmetrical stiffness is studied. By means of the Hamilton's principle the nonlinear differential equations of motion of the rotating shaft are derived in the rotating rectangular coordinate system. Transforming the equations of motion from rotating coordinate system into stationary coordinate system and introducing a complex variable, the equation of motion in complex variable form is obtained, in which the stiffness coefficient varies periodically with time. It presents a nonlinear oscillation system under parametric excitation. By applying the method of multiple scales (MMS) the averaged equation, the bifurcating response equations and local bifurcating set are obtained. Via the theory of singularity, the stability of constant solutions is analyzed and bifurcating response curves are obtained. This study shows that the rotating shaft has rich bifurcation phenomena.     

Global Dynamic Characteristic of Nonlinear Torsional Vibration System under Harmonically Excitation

Torsional vibration generally causes serious instability and damage problems in many rotating machinery parts. The global dynamic characteristic of nonlinear torsional vibration system with nonlinear rigidity and nonlinear friction force is investigated. On the basis of the generalized dissipation Lagrange's equation, the dynamics equation of nonlinear torsional vibration system is deduced. The bifurcation and chaotic motion in the system subjected to an external harmonic excitation is studied by theoretical analysis and numerical simulation. The stability of unperturbed system is analyzed by using the stability theory of equilibrium positions of Hamiltonian systems. The criterion of existence of chaos phenomena under a periodic perturbation is given by means of Melnikov's method. It is shown that the existence of homoclinic and heteroclinic orbits in the unperturbed system implies chaos arising from breaking of homoclinic or heteroclinic orbits under perturbation. The validity of the result is checked numerically. Periodic doubling bifurcation route to chaos, quasi-periodic route to chaos, intermittency route to chaos are found to occur due to the amplitude varying in some range. The evolution of system dynamic responses is demonstrated in detail by Poincare maps and bifurcation diagrams when the system undergoes a sequence of periodic doubling or quasi-periodic bifurcations to chaos. The conclusion can provide reference for deeply researching the dynamic behavior of mechanical drive systems.     

机电非线性振动系统参、强联合激励的分岔

建立机电耦联非线性电机模型的数学方程：利用非线性振动理论中的非固定参数的渐近法，研究由电磁力激发的参数激励、强迫激励联合作用下非线性振动系统的动力学特性，由理论分析、数值计算得到系统的分岔转迁集和四种分岔响应曲线。在实验的基础上揭示各种电磁参数及机械参数对主参数共振的振幅、运动稳定性及共振曲线的拓扑结构的影响，同时显示系统的运动状态及其稳定域，分析结果为有效地控制电机的稳定运行提供依据。     

非对称刚度转轴的参激共振和分叉分析

研究非对称刚度转轴的参激共振和分叉。用Hamilton原理导出运动微分方程 ,这是刚度系数周期性变化的参激振动方程 ,再用平均法求得平均方程 ,分叉响应方程和定常解。讨论了横截面的不对称性 ,外阻尼和非线性对幅频响应曲线的影响 ,最后用奇异性理论分析定常解的稳定性和分叉。     

非线性挤压油膜阻尼器-转子系统周期解的分叉及稳定性分析

应用油膜力数据库方法获得非线性油膜力 ,采用非线性动力系统的稳定性及分叉理论对非线性挤压油膜阻尼器 转子系统非线性动力特性、非协调运动及周期解分叉的稳定性进行了分析。揭示了SFD 转子系统在特定参数范围内存在系统亚谐波、概周期和混沌等非协调运动 ,及从同步周期运动分叉发生一系列倍周期运动、最后导致转子 轴承系统混沌运动的过程。数值计算得到了SFD 转子系统发生周期解分叉时的分叉点、分叉图及周期解分叉而失稳的 3种情况 :即鞍结分叉、Hopf分叉及倍周期分叉。最后采用Floquet理论对SFD 转子系统的稳定性进行了分析。研究结果为实际SFD 转子系统的设计和研究提供了理论依据。     

考虑稳定性的非线性刚度转子系统振幅突变分叉集分析

利用平均法导出非线性刚度转子系统的主共振频率响应方程,借助突变理论求出利用频率协调因子和激振力幅值表示的分叉集及其尖点表达式。根据奇点稳定性理论导出了转子系统稳定性条件,并得到利用频率协调因子和振幅构建的临界不稳定区域及其分叉点表达式。利用数值算例讨论了非线性刚度系数对分叉集突变区域、临界不稳定区域以及振幅特性曲线的影响。研究表明：减小转子系统的非线性刚度系数是控制转子系统振幅突变最为理想的方法。     

On modeling and vibration of gear drives influenced by nonlinear couplings

Gear drives are one of the most common parts in many rotating machinery. When the gear drive runs under lower torque load, nonlinear effects like gear mesh interruption can occur and vibration can be accompanied by impact motions of the gears. This paper presents an original method of the mathematical modeling of gear drive nonlinear vibrations using modal synthesis method with degrees of freedom number reduction. The model respects nonlinearities caused by gear mesh interruption, parametric gearing excitation caused by time-varying meshing stiffness and nonlinear contact forces acting between journals of the rolling-element bearings and the outer housing. The nonlinear model is then used for investigation of gear drive vibration, especially for detection of nonlinear phenomena like impact motions, bifurcation of solution and chaotic motions in case of small static load and in resonant states. The theoretical method is used for investigation of two-stage gearbox nonlinear vibration.     

磁场中轴向变速运动载流梁的参强联合共振

研究磁场环境中轴向变速运动载流梁在简谐激励作用下的参强联合共振问题,应用弹性力学理论、电磁场基本理论以及哈密顿变分原理,得到轴向变速运动载流梁的非线性磁弹性耦合振动方程。利用伽辽金积分法对其进行时间变量和空间变量的离散化,进而运用多尺度法以及坐标变换的方法求得系统主共振-主参数共振的幅频响应方程。通过算例,得到了系统随不同参数变化的幅频响应曲线图、时间历程图、相轨迹图、庞加莱映射图和共振系统的动相平面轨迹图,分析了轴向速度、轴向拉力、磁感应强度、电流密度及强迫激励对系统主共振-主参数共振特性的影响,结果表明系统呈现典型的非线性振动特征和复杂的动力学行为。