基于Shaw不变流形的双层金属橡胶隔振系统振动响应分析

多自由度非线性系统求解是困扰其推广使用的难题,为解决多自由度金属橡胶非线性隔振系统特性分析与响应计算问题,采用基于Shaw不变流行定义的非线性模态理论来求解双层金属橡胶隔振系统的振动响应。首先基于金属橡胶双折线本构关系模型建立了双层金属橡胶隔振系统的力学模型,并对金属橡胶迟滞环节进行了等效线性化,推导了隔振系统的运动微分方程;然后依据Shaw不变流行的定义,提出了能使非线性模态理论成立的基本假设,推导了该系统的非线性模态方程,并指出了用非线性模态叠加法求解的过程;最后分别用该方法与Runge-Kutta数值计算方法求解了算例,并将结果进行对比,说明了以非线性模态叠加法求解两自由度金属橡胶隔振系统响应的可行性,尽管该方法尚不能十分精确,但在多自由度非线性系统求解没有较好的办法的现状下,为解决多自由度金属橡胶振动系统响应计算问题打下了基础,该方法对多自由度非线性系统的求解具有重要的意义。     

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。     

正弦位移激励对编织-嵌槽型金属橡胶隔振系统动态特性的影响

设计、制作了编织-嵌槽型金属橡胶隔振器,并对其进行动态特性试验。通过建立非线性恢复力模型,考察该隔振系统线性刚度系数、三次非线性刚度系数以及一次粘性阻尼系数随正弦位移激励的变化情况,分析振幅和频率对编织-嵌槽型金属橡胶隔振系统动态特性的影响。结果表明:随着振幅或频率的增大,编织-嵌槽型金属橡胶隔振器的刚度逐渐减小,阻尼略有降低,且振幅或频率的增大会使该隔振系统振动响应幅频特性曲线的带宽变窄。     

运动薄膜的速度对非线性强迫振动的影响研究

研究了运动薄膜的速度对非线性强迫振动的影响。基于Von Karman薄板理论推导出轴向运动薄膜大挠度振动方程,应用Galerkin方法对振动偏微分方程组进行离散,得到系统的状态方程,采用4阶Runge-Kutta法对系统状态方程进行数值求解,利用分岔图分析了薄膜非线性振动特性与速度的关系,得到了薄膜产生混沌的区间和稳定工作区间。通过时程图、相图、Poincare截面图和功率谱分析系统的周期运动和混沌运动。     

柔性基础上金属橡胶非线性隔振系统性能分析

根据柔性基础结构振动声辐射的控制需求,提出了柔性基础上应用金属橡胶隔振器的被动隔振方法。运用ADAMS软件与有限元软件结合,仿真了基础材料、隔振器一次线性刚度、三次非线性刚度、粘性阻尼等参数改变时隔振系统的频域特性,得到了设备与基础的幅频响应曲线和系统的振级落差曲线,通过结果曲线的对比,分析了不同参数对系统隔振性能的影响,并提出了提高隔振效果、优化系统参数的一般方法。     

BTA深孔精密扩孔系统流体扰动的非线性横振

为提高超大长径比超临界汽轮机转子内孔的加工精度,研究了高速BTA深孔精密扩孔工艺中的钻杆(刀轴)横向振动问题。通过建立以流体扰动为主要诱因的深孔钻杆系统的非线性横向振动模型,运用Melnikov方法分析了流体扰动下系统横向非线性振动的混沌性态;利用图胞映射理论研究多初值条件下的流体扰动对BTA深孔加工系统安全盆域中吸引子和吸引域的流形变化,明确了在多初值条件下,该系统吸引子的运动特性。结合分岔、最大Lyapunov指数、双参平面分岔等特征,分析了流体扰动激励下BTA深孔切削系统随各类参数变化的非线性动力行为,通过双参平面分岔分析,讨论了该系统在双参变化时的非线性动力特性,揭示了BTA深孔加工系统在单参、双参变化时的非线性动力行为演变机制,并对系统横向振动的混沌参数域进行了解析,得到系统在双参数平面上混沌运动、稳定周期运动的参数域。该研究结果可为BTA深孔切削加工的生产实践提供一定理论指导。     

滚动轴承-转子系统非线性参数、强迫联合振动

建立考虑非线性轴承力、径向游隙、变柔度等非线性因素和不平衡力的滚动轴承-转子系统动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解,利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析参数、强迫联合激励的滚动轴承-转子系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性.结果表明,滚动轴承-转子系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;随着径向游隙的增大,转子系统的非线性特性增强;不平衡力较小时,系统中参数振动占主导地位,增大不平衡力有利于抑制转子系统的不稳定振动.随不平衡力的增大,强迫振动逐渐增强,大的不平衡力会诱发系统产生混沌振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔.     

金属橡胶干摩擦阻尼系统动态性能分析方法的研究

以干摩擦阻尼系统动态性能表征方法的前期研究成果为基础，针对金属橡胶构件的非线性力学性能，分析了金属橡胶构件的干摩擦阻尼的成因，对金属橡胶干摩擦隔振系统的运动微分方程的建立与求解进行了探讨，将方程的数值解与试验结果进行了对比。结果表明，在建立金属橡胶干摩擦阻尼系统的运动微分方程时，可以直接采用非线性恢复力，而不采用当量粘性阻尼项。试验结果表明该方法具有足够的精度。     

含金属橡胶的双层隔振系统简谐激励响应计算方法研究

针对目前含金属橡胶的双层隔振系统简谐激励响应算法推导过程复杂、求解困难的现状,提出了基于多项式动态模型的等效线性化方法。首先引入多项式模型对金属橡胶的动态力学特性进行了描述,并对不同频率下隔振系统运动方程中的非线性刚度、阻尼进行等效线性化处理,然后求解方程获得系统在相应频率下的振幅,最后由不同频率的振幅组成幅频特性曲线。通过算例,将利用上述方法得到的结果与试验数据进行了对比,证明了多项式模型等效线性化方法对于含金属橡胶的双层隔振系统简谐激励响应计算问题的适用性、简便性和准确性。     

金属橡胶单自由度干摩擦隔振系统的理论分析

提出利用静态实验数据求解金属橡胶隔振系统的运动微分方程，并根据方程的数值解来分析该隔振系统的动态特性的新方法，在不同外力激励的条件下，应用该方法对一种金属橡胶隔振器振系统进行动态性的理论分析。     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。     

混沌状态下非线性隔振装置的隔振性能评估

针对混沌状态下非线性隔振装置的特殊隔振性能，从非线性系统的隔振原理及混沌隔振原理出发，提出在激励频率为优势频率的简谐激励下，使隔振装置处于特定的混沌状态，通过振级落差公式评估隔振装置的整体隔振性能，通过优势频率处的能量衰减评估隔振装置对特定优势频率的局部隔离效果，从而对混沌状态下的非线性隔振装置的隔振性能进行综合评估。并通过实例对该方法进行了验证。     

基于白光扫描干涉的振动补偿方法

研制了一种基于白光波长扫描干涉法的表面形貌抗振反馈测量系统,介绍了白光扫描干涉法的相位提取算法和相位去包裹算法,对声光可调滤光器低速率扫频时产生的非线性误差进行了算法修正,设计了用于振动补偿的DSP硬件控制模块,并搭建了抗振反馈测量系统。在不同振动环境下,对研磨12级的标准样块进行了三维表面形貌测量以及粗糙度参数评定。结果表明,施加低频振源后的粗糙度评定参数大小为未施加任何振源的粗糙度评定参数大小的2倍左右,开启系统振动反馈后,粗糙度评定参数接近最大允许值,说明本测量方法能在一定程度上消除振动噪声的影响,保证测量的顺利进行。二维、三维表面评定结果对比表明,三维表面评定能更全面地表现被测表面的形貌特征。     

电液颤振对冷挤压塑性成形件金属流线及晶粒组织的影响

针对冷挤压成形过程中金属变形抗力大、模具易磨损等不足,提出一种新型冷挤压工艺,即在冷挤压成形过程中引入振动激励信号。运用DEFORM-3D有限元分析软件构建系统仿真模型,分别在有无施加颤振两种挤压方式下进行模拟仿真。仿真结果表明,施加颤振信号能促进金属的流动,金属流动速度达到62.4 mm/s,网格流线变形程度比传统挤压方式下的变形程度小。设计了电液式颤振冷挤压实验平台及模具,分别在有无施加颤振两种挤压方式下进行实验,并将所得成形零件用体积分数为4%的硝酸酒精溶液腐蚀,利用扫描电镜观察零件剖面。实验结果表明,施加颤振信号后,晶粒由原来的大小为3.3～5.0μm细化到1.7~3.3μm,晶粒变形更加均匀,变形组织更加细密,金属纤维组织变得更细更长。     

位移和速度三次非线性因素对金属橡胶干摩擦系统幅频特性的影响

金属橡胶是一种新型材料。文中运用谐波平衡法对金属橡胶千摩擦系统的振动响应进行研究，发现当同时考虑位移三次非线性因素和速度三次非线性因素时，速度三次非线性因素对金属橡胶幅频特性的影响可忽略，而当仅考虑位移三次非线性因素时，随着位移三次非线性因素的增大，幅频特性曲线的振幅逐渐减小，且当位移三次非线性因素较大时，幅频曲线出现弯曲跳跃现象，对金属橡胶减振器作动态响应实验，发现减振器的固有频率和传递率幅值都表现出非线性特性。本文工作对金属橡胶材料的理论建模及其特性的了解有重要的参考价值。     

单自由度金属橡胶隔振系统干摩擦阻尼的识别

小波变换方法在非线性识别领域得到了越来越多的应用。针对金属橡胶单自由度干摩擦阻尼隔振系统的非线性阻尼识别问题进行了研究。采用了常数变异的思想,基于K-B算法,对金属橡胶干摩擦阻尼系统进行了阻尼系数的识别。结果表明,运用小波分析方法求解非线性阻尼系数是可行的。     

基于动刚度评价的直接进给轴伺服参数优化方法

优化直接进给轴伺服参数对提高进给轴抗干扰性能具有重要作用。分析了数控系统中应用伯德图优化伺服参数存在的问题,研究了一种基于动刚度评价的直接进给轴伺服参数优化方法。通过建立直接进给轴动力学模型,给出了基于脉冲激励的动刚度测量方法,依据测量方法确定进给轴动刚度频谱图,建立了直接进给轴伺服系统动刚度模型,分析得到影响动刚度的主要因素,结合动刚度频谱图,给出了伺服参数快速优化策略。优化策略中依据动刚度频谱图判断共振点所在频段,应用电子滤波器抑制共振频段。以驱动系统为SINUMERIK 840D的自构建直线电机进给轴实验平台为对象,进行了伺服参数优化实验,实验结果表明,该方法能有效避免误判共振频段,可直接确认共振点,与应用伯德图优化伺服参数方法相比,优化后使速度环伯德图0dB频段增加58.6Hz,且首个尖峰延后11.7Hz。     

气压砂轮光整加工的振动分析及预测

为了有效抑制气压砂轮光整加工过程中的振动问题,对气压砂轮的加工过程进行了振动分析和预测。采用D-H法对六自由度机器人进行了运动学建模,求解了任意姿态下机器人各关节转角,获得了机器人的刚度矩阵,在气压砂轮受力分析基础上求解了气压砂轮位移,对比气压砂轮位移和振动测试结果,建立了振动预测模型。该模型为规避刚度过低的加工姿态提供了理论依据。     

有色噪声激励下非线性吸振器的能量传递

将双稳态振子作为非线性吸振器,建立了含非线性吸振器的主系统力学模型,给出了有色噪声激励下系统的控制方程并进行了量纲一化。借助数值仿真,研究了系统初值、调谐频率比、质量比、阻尼系数对主系统和非线性吸振器振动能量的影响规律。通过系统结构参数的逐步优化选择,获得了将主系统振动能量最小化并使非线性吸振器振动能量最大化的最优结构参数配置区间。     

基于试验设计和灰色关联度的橡皮囊成形回弹影响因素显著性分析

橡皮囊成形是飞机钣金零件的一种重要成形工艺方法,回弹问题是橡皮囊成形的难点,对其影响因素进行显著性分析可有效控制回弹。基于橡皮囊成形有限元数值模拟,将正交试验设计方法与灰色关联度相结合用于分析橡皮囊成形回弹影响因素的显著性,以某实际长直U形件为例分析压力、最大充液速率、最大节点速度、保压时间、弯曲半径、板料厚度以及轧制方向等因素对回弹的影响程度,结果表明,模具圆角半径、压力、板料厚度、保压时间是橡皮囊成形回弹的主要影响因素,而最大充液速度、最大节点速度、轧制方向对回弹的影响较小。分析结果与工艺试验结果相吻合,从而验证了该方法的有效性。