高温高压高产气井油管柱三维非线性流致振动模型EI北大核心CSCD

针对高温高压高产(三高)气井流体诱发油管柱振动失效问题,采用微元法、能量法结合哈密顿原理,考虑了油管自重、井眼轨迹变化、井筒温度压力变化、油套管接触碰撞等因素,建立了三高气井油管柱三维非线性流致振动模型。采用拉格朗日和三次埃尔米特函数离散控制方程,并使用增量形式的Newmark‑β和Newton‑Raphson联合迭代求解离散后的控制方程。根据中国南海三高气井参数,采用相似原理,设计了油管柱流致振动模拟试验装置,测得油管柱振动响应数据,与理论模型计算结果对比,验证了振动模型的正确性。采用实例井参数,分析了油管柱振动特性,结果表明,上部油管三维空间横向振动明显,而中下部油管长时间紧靠于套管壁上发生振动,导致下部油管易发生纵向和横向的磨损,同时油管纵向振动出现混沌现象,且中下部位置油管混沌现象最明显,因此,现场设计人员需重点关注下部油管柱的安全性。     

一般支撑条件下横向流中弹性圆柱的响应EI北大核心CSCD

该文以横向流方形圆柱阵中的单根、两端带有一般支撑条件圆柱的流致振动现象进行研究。考虑圆柱的横向变形及其对轴力的影响,建立了系统动力学方程。分析了系统的稳定性及在不同流速条件下出现的复杂非线性行为,该文以分岔图、相平面图、庞加莱映射图来刻画流速变化对圆柱振动的影响。研究结果表明,系统的初始预应力,降低了圆柱的稳定性;当流速较小时,系统首先表现为周期运动;随着流速增大,系统进入概周期运动,该系统未发生混沌运动。     

正切非线性包装系统跌落冲击的MSLP解EI北大核心CSCD

针对有阻尼正切型非线性包装系统在发生跌落冲击时的响应问题,基于摄动法(multi-scale Lindstedt-Poincare,MSLP)讨论了系统跌落冲击响应的一、二次近似解。并与龙哥库塔法(R-K)的数值结果及相关文献进行了对比,对比结果显示:对于正切型强非线性包装系统,MSLP计算的最大位移和加速度响应的一阶近似解与R-K数值结果对比的相对误差分别为1.35%和3.28%,二次近似阶的相对误差分别为0.62%和1.84%,在不进行能量修正的情况下,比同伦摄动法、牛顿谐波平衡法的精度更高。考虑阻尼系统能量修正的复杂性,所求有阻尼正切型非线性系统跌落冲击一次近似解析具有较好的精度和简洁的形式,为此类问题的求解及工程应用提供了参考。     

常磁场下铁磁矩形薄板的非线性固有振动EI北大核心CSCD

通过建立磁场中铁磁矩形板的力学模型,对其在常磁场下的非线性固有振动问题进行研究,并分析静载效应。根据哈密顿变分原理,得到磁场中铁磁矩形板的磁弹性非线性振动方程,给出磁化电磁力和涡流电磁力表达式。基于摄动展开法,确定静磁力作用下的静挠度和非线性扰动方程。应用伽辽金法与多尺度法,得出振动系统近似解析解和固有频率表达式。通过算例,给出了3种材料的矩形薄板固有频率随时间、磁场强度、初值、边长比等的变化规律特性曲线图。结果表明:固有频率随时间的增大,最终会趋于一定值,随上下表面磁场的变化,会呈现出对称的趋势,随边长比的增大,其频率会逐渐减小;系统呈现典型的非线性特征,解析解与数值解较为吻合。     

三自由度含间隙碰撞振动系统Poincaré映射Hopf-Hopf交互分岔的反控制EI北大核心CSCD

对一类含间隙碰撞振动系统Poincaré映射的Hopf-Hopf交互分岔进行了反控制研究。首先,基于碰撞振动系统建立了六维Poincaré映射,由于六维映射相应雅克比矩阵的特征值没有解析的表达式,这使得由特征值特性描述的传统临界分岔准则在确定控制增益中具有很大的局限性。针对这个局限性,建立了包含特征值分布条件、横截条件和非共振条件的显式临界准则。所建立的准则与传统的分岔准则等价,但并不依赖雅克比矩阵特征值的直接计算。然后,针对碰撞的不连续特性导致的隐式Poincaré映射在闭环系统控制设计中的困难,发展了一种基于原碰撞系统的线性反馈控制方法。最后,数值分析给出了在指定的参数点所设计的映射Hopf-Hopf交互分岔的环面解,进一步验证了理论分析的正确性。     

利用状态空间法对一类非线性振动系统的数值方法研究

提出了一类非线性振动系统的隐式解，导出了相应的数值计算方法，并对该数值方法的收敛性、误差和稳定性进行了研究。与传统的非线性振动系统的数值求解方法如：Houbolt法、Wilson-9法、Newmark—β法以及考虑高阶余项的连续线性化模型及其Taylor变换法相比，该方法具有更高的求解精度和效率。将该数值方法应用到结晶器四偏心式振动机构这样复杂的弹性机构非线性振动系统的研究中．取得了良好的效果，说明该方法具有一定的工程实用价值。     

一类非线性振动系统的周期解及次调和解

本文讨论了一类在自然界广为存在的非线性振动系统的复杂运动规律，通过建立一新判断函数Ｘ（Ａ，θ），推广了Ｓ．Ｌｅｆｓｃｈｅｔｚ的周期理论，并用得到的系列定理分析了非线性一类振动系统，所得理论证明包含了Ｓ．Ｌｅｆｅｃｈｅｔｚ理论的结果。     

利用延迟反馈控制柔性圆柱涡激振动数值研究EI北大核心CSCD

以三维细长柔性圆柱为研究对象,基于结构梁振动模型和尾流振子模型,采用二阶中心有限差分方法求解耦合方程,研究延迟反馈控制作用下柔性圆柱的涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)响应特性。研究发现:柔性圆柱的振动幅值和振动频率会随着延迟时间τ的增加呈现周期性变化,不同的延迟时间τ耦合不同的延迟增益k_(d),可以实现柔性圆柱不同振动幅值和振动频率的控制;在耦合延迟增益(k_(d))符号相反时,变化曲线会有半个周期的相位差;且延迟时间τ并不能改变振幅峰值,其大小只与延迟增益k_(d)有关。理论分析证明:当τ不断增加时,振动频率f和波数k会趋向于定值。该研究提出的延迟反馈方法能够有效控制柔性圆柱的涡激振动,为海洋立管等柔性钝体的振动控制提供新的方法和思路。     

基于锚杆构件振动响应特征的锚杆轴力无损检测方法EI北大核心CSCD

锚杆轴力测量对评价围岩稳定性具有重要意义。采用接触力学理论建立了锚杆构件振动频率与锚杆轴力关系模型,开展了锚杆锚固系统振动试验。通过采集螺母和托盘的振动响应信号,对不同受力条件下螺母和托盘的非线性振动特性进行了分析,获得了螺母和托盘振动频率与轴力关系;提出了基于螺母和托盘非线性振动特性的实时轴力无损检测方法。试验结果表明:随着锚杆轴力增加,螺母和托盘振动频率呈非线性增加,螺母频率大于托盘,托盘频率的增长率大于螺母;且二者振动频率增长趋势与轴力大小均为单值映射关系,通过测量螺母和托盘的振动频率可以实现锚杆轴力的无损检测。     

变时滞反馈散料加工系统的参数设计EI北大核心CSCD

为保证散料加工系统的稳定性,提出针对变时滞振动系统的参数设计方法。系统中物料堆积会影响生产速度和加工单元的质量,物料经过自由落体运动后对加工单元产生冲击,采用加工单元的沉降位移信号实现对物料供给速度的负反馈调节,形成变时滞反馈环节。首先根据系统的动力学微分方程,研究系统的静平衡稳定状态。然后利用系统发生Hopf分叉的条件,确定了能够保证系统稳定的刚度系数和阻尼系数的参数范围。最后利用SIMULINK软件仿真验证了理论分析,据此选择出的参数使得系统具备一定的抗干扰能力。利用分叉点的特征值特点,反推确定参数的可选择范围,可为变时滞类系统的参数设计提供参考方法。     

《振动工程学报》征稿简则EI北大核心CSCD

《振动工程学报》是反映振动工程研究成果的学术刊物,由中国振动工程学会主办,南京航空航天大学出版,双月刊,国内外公开发行。《振动工程学报》欢迎国内外作者自由投稿。一、刊登内容 《振动工程学报》主要刊登以下内容的综合评述、专题研究论文：振动理论及其应用,模态分析与试验,非线性振动,随机振动,机械动力学,结构动力学,转子动力学,动态设计与测试,动态信号分析,故障诊断,振动、冲击与噪声控制,振动环境预估与监测,振动利用,动力稳定性,流一固、气动弹性等耦合振动,土动力学,其他。     

波能转换装置耦合振动非线性水动力特性研究EI北大核心CSCD

针对一种新型波能转换装置,开展非线性水动力特性研究。在势流理论基础上,考虑装置不规则外形(不对称,且水线面面积不恒定)与位置变化等非线性因素对回复力的影响,并引入Morison模型分析流体黏性的附加惯性力效应与阻力效应,建立包含主要的线性与非线性水动力、从波能捕获到转换全过程的非线性动力学模型。利用计算流体动力学法搭建数值波浪水槽,开展波能转换装置响应的准确模拟,并将数值波浪水槽与所提出的非线性动力学模型的结果对比,进行非线性水动力的效应研究和系数辨识。结果表明:传统线性模型造成对波能转换性能的过高估计,非线性水动力模型显著提高了自由衰减振荡、波浪-装置耦合响应等过程的计算精度;Morison模型系数在不同工况中是变化的,幅值响应因子的计算在共振频率附近对Morison模型系数的敏感性最高。研究结果可为准确、快捷地衡量波能转换装置性能提供指导。     

含复杂结构应力的平板振动解析方法研究EI北大核心CSCD

工程结构物中常常含有分布形式复杂的非均匀结构应力,该应力会影响结构的振动特性。有限元法虽然可以求解,但不利于从本质上分析结构应力与振动的内在物理联系、不方便研究结构应力对振动的影响规律,而且还有施加特定非均布应力操作复杂、计算量较大等限制。在解析方法研究方面,以往的方法主要用来求解含整体均匀分布应力的结构,不适用于实际工程结构中的非均布应力的情况。提出了一种求解含非均布应力结构振动的解析方法,以平板结构为对象,用特殊级数形式表示非均布的结构应力,将应力影响加到原平板振动方程,并实现结构模态的部分解耦,然后对解耦后的方程进行求解得到解析解。推导出的解析方法适用于任意应力状态下的平板振动求解,并且相对于有限元法有计算量小、物理解释明晰等优点,方便定性地研究结构应力与振动之间的物理联系,进行考虑结构应力的振动精确预报与控制。     

深水隔水管-测试管系统非线性动力学模型研究EI北大核心CSCD

在深水测试工况中,隔水管-测试管系统受到海流VIV效应、自身纵横向耦合效应以及测试管FIV效应,极易发生屈曲变形、疲劳断裂和摩擦穿孔等破坏问题。笔者采用微元法、能量法结合哈密顿变分原理建立了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型,基于弹塑性体接触碰撞理论,提出了管柱系统非线性接触载荷计算方法。采用三次Hermit差值形函数和Newmark-β法离散并求解系统振动模型。借助现场管柱参数,采用相似原理,设计了隔水管-测试管系统非线性振动模拟试验台架,测得隔水管和测试管的振动响应,与理论模型计算结果和单管振动模型计算结果对比,验证了深水隔水管-测试管系统非线性振动模型的正确性和有效性。在此基础上,分析了中国南海实例井管柱振动特性,表明在测试管振动疲劳分析时,不能忽略其自身局部高频振动的影响;测试管易发生强度失效的位置主要出现在中上部和下部。研究成果为深水测试管-隔水管的安全设计奠定理论基础。     

高温下张弦梁结构力学特征解析解EI北大核心CSCD

在实腹钢梁或钢桁架下部张拉预应力高强钢索形成预应力张弦梁结构,然而钢索的预应力对温度变化敏感,因此火灾是危及张弦梁结构安全性的重要灾害,求解高温下结构的力学特征解析解是进一步研究其火灾安全性能的理论基础。考虑高温下钢材材性的衰减、非线性热应变以及几何形变的耦合,建立张弦梁结构高温下梁单元与索单元建立基本平衡微分方程,分别推导出在均布荷载作用下张弦梁结构在均匀温度场及非均匀温度场中,结构跨中挠度、预应力索水平张力和撑杆轴力的解析解;并且基于张弦梁结构力学特征解析解,对比分析了张弦梁结构热力耦合数值分析模型的可靠性,可为后继设计张弦梁受火试验方案及研究其受火破坏机理提供参考。     

土木工程结构非线性计算分析研究进展EI北大核心CSCD

非线性行为分析是探究土木工程结构在极端环境荷载作用下的灾变机理和薄弱部位、预测结构极限承载能力的有效手段,在结构设计与性能评价方面已变得必不可少,高效、稳定、精确的非线性分析理论和求解技术一直是土木工程结构分析领域的研究热点。该文对结构非线性分析的基本发展过程进行了简要回顾,并重点对目前常用的非线性有限元分析方法的基本原理和研究进展进行了综述;围绕土木工程结构,总结了结构非线性分析方法在计算精度、稳定性、效率等方面的若干关键问题及相关研究进展,包括高效非线性分析法-隔离非线性法,并综述了该方法的最新研究进展。     

扬声器低频强非线性振动的周期解

通过能量法求解扬声器低频强非线性振动系统的非线性微分方程，得到幅频关系方程、相频关系方程和强非线性振动的周期解的近似解析式。     

非线性强迫系统的分叉

本文通过对传统的IHB方法进行推广和形式的变化，将其应用于非线性动力系统的分叉现象。得到了分叉方程，并作出了分叉图，该方法扩大了IHB方法的应用范围以及提高了可靠性。     

基于振动信号的柴油发动机转速测量EI北大核心CSCD

利用振动信号测量发动机转速是一种不解体检测的重要方法,但其对发动机振动频率要求较高,因此转速急剧变化时,对测量精度影响较大。提出了基于希尔波特包络和自相关的新方法;利用小波变换消除基线漂移,再通过短时时间窗进行类稳态分析,并采用希尔伯特包络和三次自相关对信号进行时域分析,计算短时窗内的发动机转速,通过移窗法得到连续的发动机转速。通过在发动机台上进行变工况试验,同步采集振动信号和转速传感器信号进行对比分析,在急加速条件下转速测量最大误差小于1.4%,能够有效的满足柴油发动机转速的实时性和精确性要求,在车辆不解体检测和无负荷测功方面有很大应用前景。     

两端固定载流管非线性振动IHB方法研究EI北大核心CSCD

增量平衡谐波法(IHB法)可用于求解两端简支载流管的非线性振动问题。考虑非线性约束及集中质量点的影响,利用Hamilton原理建立两端简支载流管运动微分方程,经Galerkin离散后,通过改变控制变量频率比得到系统的幅频特性曲线。讨论了系统运动参数例如速度、质量比、非线性约束刚度及质量点对系统幅频特性的影响。计算结果表明增量平衡谐波法是一种求解载流管非线性振动较为有效的方法。