机电集成超环面传动系统强非线性振动研究

考虑机电集成超环面传动系统中行星轮与蜗杆、定子间电磁啮合非线性,建立了系统带平方项的强非线性振动微分方程组;采用多尺度法求出了系统非线性振动时域响应的二次近似解析解,作出了系统自由振动时域响应近似解析解与数值解对比曲线;研究了系统外加激励频率接近派生系统固有频率及其2倍、1/2倍时系统的主共振、亚谐波和超谐波共振响应。研究结果表明:多尺度法所得系统近似解析解具有较高的精确度;系统存在较多的共振频域区间,传动系统工作中外加激励应当尽量避免这些频率范围。     

Winkler地基上四边自由矩形薄板的亚谐共振与奇异性分析

研究Winkler地基上四边自由矩形薄板的亚谐共振问题.按照弹性力学理论建立Winkler地基上四边自由受简谐激励作用矩形薄板的动力学方程.利用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程.应用非线性振动的多尺度法求得系统满足1/3次亚谐共振情况时的一次近似解,并进行数值计算.分析激励、阻尼等对系统响应曲线的影响.应用奇异性理论对1/3次亚谐共振幅频响应方程进行奇异性分析,得到选取不同分岔参数时开折参数平面的转迁集和分岔图.     

基于SIMULINK的齿轮-转子-轴承系统非线性动力学仿真

根据拉格朗日方程,建立了齿轮-转子-轴承传动系统平移-扭转耦合非线性动力学模型,模型中考虑了齿轮系统阻尼、齿侧间隙及滚动轴承径向间隙非线性,对动力学方程进行无量纲化处理,将方程组转化为统一的矩阵形式。利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对齿轮间隙非线性动力学模型进行数值仿真,通过建立仿真模型,对其在某些参数域中进行了非线性振动研究,分析参数变化对系统稳态响应的影响。结果表明,在一定的激励频率区间内,随着激励频率的减小,系统的响应首先由单周期谐振动响应演变为二周期的次谐响应,然后演变为四周期的次谐响应,最后表现为混沌响应;在齿侧间隙相同的前提下,轴承支承间隙加强了系统的非线性。基于SIMULINK数值仿真的方法可以很方便的求解更加复杂的齿轮传动系统动态响应,为深入研究齿轮非线性动力学问题提供了一种方法。     

Winkler地基上材料非线性矩形薄板1/3次亚谐共振

为研究Winkler地基上材料非线性矩形薄板受简谐激励的非线性振动,应用弹性力学理论建立其动力学方程,并由Galerkin方法将其转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法求得系统1/3次亚谐共振的近似解,并进行数值计算。分析激励、几何参数、阻尼系数、非线性参数对共振响应曲线的影响。     

GMA非线性振动系统混沌特性研究

针对超磁致伸缩驱动器非线性振动系统的混沌特性问题,对该系统的响应随激励频率、激励力参数变化进行了研究。在分析GMA工作原理的基础上,建立了GMA非线性振动系统的数学模型,给出了该系统的振动方程;利用Matlab软件进行了数值仿真分析,通过求解GMA非线性振动系统的响应随激励频率、激励力参数变化分岔图,确定了该系统产生混沌时激励频率、激励力参数的取值范围;采用4阶Runge-Kutta法绘制了GMA非线性振动系统的位移时间历程图、相图、Poincaré映射图、幅值谱图;使用ADAMS软件对位移时间历程曲线进行了实验仿真验证对比。研究结果表明:GMA非线性振动系统具有混沌特性;通过对该系统的混沌特性研究,得到的结论为该系统的混沌特性应用提供了理论依据和技术支持。     

温度场中桥面矩形薄板的主共振—主参数共振

为了研究温度场中桥面矩形薄板受简谐激励的主共振-主参数共振问题,应用弹性力学理论建立其动力学方程,应用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程.利用非线性振动的多尺度分析方法求得系统主共振-主参数共振的近似解,并进行数值计算.分析温度、激励等对系统主共振-主参数共振的影响.指出系统主共振-主参数共振幅频响应曲线具有双峰特点并呈M形状.     

多场耦合多方向振动俘能器建模及响应分析

针对多方向振动俘能器对低频、低幅值激励的响应输出性能低等问题,在振动俘能结构中引入非线性磁吸力,提高俘能器的响应频带和能量转换效率。研究了非线性磁振子模型,建立了基于广义Hamilton变分原理的横、纵向振动系统机电耦合模型,对系统动力学方程进行无量纲化并数值求解。搭建了振动俘能器性能测试平台,开展了多场耦合振动俘能器频谱特性及响应输出的分析实验。结果表明,引入磁铁可显著提高系统能量转换效率,当磁铁间距15mm、激励幅值0.5m/s~2时,相比无磁力输入的情况,系统响应电压提高了6倍左右,谐振频率从18Hz降至9.5Hz左右,解决了压电俘能器频带窄、响应频率高及输出电压低等问题。     

轧机主传动系统强非线性扭振研究

建立含非线性刚度的两自由度轧机主传动系统扭振模型,通过参数代换得到该系统的强非线性动力学方程。应用能量迭代法得出系统存在主振动和亚谐振动周期解的必要条件,并求解此二阶强非线性非自治系统的频响函数及解析近似解。以某厂3800轧机主传动系统为例,利用数值仿真研究了非线性刚度、线性阻尼、扰动力矩对系统主振动和1/3次亚谐振动幅频特性的影响规律。研究结果为分析此类含非线性刚度的轧机主传动系统扭振特性提供一定的理论指导和参考。     

轴向运动矩形板的谐波共振与稳定性分析

针对轴向运动矩形薄板的非线性振动问题,在给出薄板运动的动能和应变能的基础上,应用哈密顿变分原理,推得几何非线性下轴向运动薄板的非线性振动方程。通过位移函数和应力函数的设定,并应用伽辽金积分法,得到四边简支边界约束条件下受横向激励载荷作用轴向运动薄板的达芬型振动方程。利用多尺度法对系统的非线性谐波共振问题进行求解,得到稳态运动下关于共振幅值的幅频响应方程。依据李雅普诺夫运动稳定性理论对定常解的稳定性进行分析,得到解的稳定性判别式。通过数值算例,得到不同横向载荷和轴向速度下共振幅值的变化规律曲线图以及对应的相图,讨论分岔点变化以及倍周期运动规律,分析横向激励载荷和轴向运动速度对系统非线性动力学行为的影响。     

低预紧扭矩螺栓连接悬臂梁的2倍谐振响应

为准确获得光电设备中螺栓连接对系统结构动态响应特性的影响,研究了装配连接环节导致的非线性振动特性。采用单螺对栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行了研究和实验。利用接触有限元方法对低预紧扭矩下结构非线性振动特性进行了时域数值积分仿真分析,给出了不同激励量级周期受迫激励下的相轨迹曲线;结合快速傅里叶分析方法,指出此模型在低预紧扭矩下存在1/2频率激励下的谐振现象。基于激振器实验,给出了实验自由振动响应幅值和受迫振动响应幅值的变化,证实了仿真结果的准确性。数值仿真和激振器实验均表明:激励量级越大,螺栓连接引起的非线性振动中自由振动分量对结构动态响应的影响越大。该方法对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有指导意义。     

温度场中输电线在谐扰力作用下的3次超谐共振

研究输电线在温度场中谐扰力作用下的3次超谐共振问题,应用动力学方法建立温度场中受谐扰力作用输电线的非线性振动.根据非线性振动的多尺度解法,得到系统满足3次超谐共振情况的近似解,并对其进行数值计算.分析温差变化、外部激励、谐调值、阻尼等对系统的影响.得到系统失稳的临界温度,指出幅频响应曲线存在跳跃现象.     

受简谐激励弹簧测力机构的主参数共振研究

应用拉格朗日方程得到有阻尼弹簧测力机构在简谐激励作用下的非线性运动微分方程Duffing-Mathieu方程;根据非线性振动的多尺度法求得系统满足主参数共振情况的一次近似解,并对其进行数值计算.分析激力、谐调值、阻尼等对系统主参数共振响应曲线的影响.随着阻尼的减小和参数激励幅值的增大,系统幅频响应曲线的峰值和共振区增大.其他参数相同时, 硬刚度力幅响应曲线与软刚度力幅响应曲线关于谐调值反对称.     

迟滞非线性振荡压实系统动态响应分析

分析了振荡压实中材料发生弹塑性变形而表现出的迟滞非线性,建立了一种新的振荡压实非线性动力学模型。在一次近似的前提下,利用等效线性化方法,将迟滞恢复力转化为等效刚度和等效阻尼表示,根据谐波平衡原则求出了单自由度振荡压实系统的频响方程。数值求解表明,随着激励幅度的增大系统出现软化趋势,共振点随激励变化而漂移。将等效线性化的结果推广到二自由度振荡压实系统,得到了频响方程组。     

超磁致伸缩薄膜悬臂梁的非线性变形分析及试验

将双层超磁致伸缩薄膜(Giant magnetostrictive thin film,GMF)悬臂梁的磁致伸缩作用等效为分布弯矩作用,以简化磁机耦合模型。在几何非线性弹性变形理论基础上,根据哈密顿原理推导出超磁致伸缩薄膜非线性变形的控制方程,并给出超磁致伸缩薄膜悬臂梁静态几何非线性变形模型、非线性主共振和超谐波共振响应模型。采用悬臂梁式超磁致伸缩双层膜(铽镝铁—聚酰亚胺—钐铁)进行变形特性的试验研究,发现超磁致伸缩双层膜表现出明显的几何非线性变形特征,悬臂梁端部位移量约为厚度的2/3;同时检测到悬臂梁的超谐波共振现象,前三阶超谐波共振的驱动效率与一阶主共振的驱动效率具有可比性。将所提出的静态非线性变形模型和振动响应模型分别与试验结果对比发现,两个模型可较好地说明双层超磁致伸缩薄膜的非线性变形特性,为有效地利用超磁致伸缩薄膜设计开发微驱动器和微传感器提供依据。     

皮带驱动机构的主共振近似解分析

应用拉格朗日方程,得到带平方和立方非线性的皮带驱动机构的非线性振动微分方程,根据非线性振动的多尺度解法,求得系统满足主共振情况的近似解,分析系统的稳定性,并对其进行数值计算.分析带的长度和横截面积、外激力、谐调值、系统阻尼等对系统的影响.分析一次近似解、二次近似解的特点,指出系统主共振的一次近似解的幅频响应曲线表现为硬刚度特性;二次近似解的幅频响应曲线表现为软刚度特性.     

二次非线性圆板的1/2亚谐解

计及材料的非线性弹性和粘性性质，研究圆板在简谐载荷作用下的1／2亚谐解，导出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－叠代谐波平衡法。将描述动力系统的二阶常微分方程化为在本解为未知函数的基本微分方程和分岔解为未知函数的增量微分方程。通过叠加－叠代谐波平衡法得出圆板的1／2亚谐解。同时，对叠加－叠代谐波平衡法和数值积分法的精度进行比较。并且讨论了1／2亚谐解的渐近稳定性。     

基于离散傅里叶变换与谐波平衡法的行星齿轮系统非线性动力学分析

研究了多间隙作用下行星齿轮系统的强非线性动力学行为。考虑齿轮啮合误差和时变啮合刚度,建立了2K—H型行星齿轮传动的弯扭耦合非线性动力学模型。利用离散Fourier变换(DFT)及其逆变换(IDFT)处理方程中非线性恢复力与位移坐标之间的函数关系,发展了一种可以求解多阶谐波响应的数值谐波平衡法,并用Broyden方法求解其形成的代数平衡方程组。用该方法分析齿轮非线性动力学稳态解时,啮合刚度与激励可以是任意的周期函数形式,不仅可以包含多次谐波响应,而且还可以求解系统的次谐波响应。克服了传统的解析谐波平衡法基于描述函数进行而难以求解一般周期响应和次谐波响应的缺点。作为算例,用该方法分析了行星齿轮传动的非线性频响特性,并与相应的线性系统进行了比较。