含干摩擦的二自由度制动系统颤振分析

以二自由度颤振系统为对象,对含有干摩擦的制动系统的颤振分岔、粘滑等复杂的非线性动力学行为进行研究。采用非线性摩擦系数、用二自由度的制动模型取代单自由度模型,建立相应的系统动力学模型;利用Runge-Kutta-Fehlberg(RK45)法数值分析与研究了系统动力学特性,得到随制动速度、支撑刚度和阻尼变化的质量块颤振振幅的变化曲线,分析发现:系统在低速下出现颤振现象,系统的支撑刚度和阻尼对其颤振的剧烈程度具有一定的影响,合理的系统参数能够减轻系统的颤振。     

颤振信号对比例多路阀流量波动的影响研究

为了提高比例多路阀输出流量的稳定性,以负载敏感比例多路阀为研究对象,利用Stribeck模型分析了摩擦颤振补偿机理,采用功率键合图理论搭建了先导阀-主阀数学模型,利用该模型并结合对该模型的仿真获得了颤振信号作用下该阀的稳态特性,最后通过试验研究和功率谱分析验证了颤振信号对比例多路阀流量波动的影响规律。研究结果表明:比例多路阀的流量波动程度随颤振信号频率的增大而减小且减小幅度不断降低,随颤振信号振幅的增大而增大且两者近似呈线性关系;波动频率和颤振信号频率保持一致。可适度提高颤振信号的频率或降低其幅值,以提高比例多路阀输出流量稳定性,实现执行机构平稳运行。研究结果为比例多路阀的研究和性能优化提供了参考依据。     

结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响

机翼非线性颤振系统中的混沌运动是一种复杂的非线性动力学现象,研究结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响,对非线性动力学系统的混沌运动控制具有重要意义。建立具有立方型非线性操纵刚度的带操纵面二元机翼的颤振方程,采用数值积分方法分别获得该非线性颤振系统在不同阻尼水平和不同操纵刚度下的分岔特性图。对分岔特性图进行对比分析结果表明：操纵面的操纵刚度并不影响系统的混沌运动特性,而操纵面偏转自由度或机翼俯仰自由度上的阻尼将会影响系统混沌颤振区域内的周期窗口,进而影响系统的混沌运动特性,特别是两自由度中任意一个的阻尼水平减小到一定程度时,系统混沌颤振区域内的周期窗口都将会消失;但是,单一的减小某个自由度上的阻尼水平,会使机翼非线性颤振系统的颤振临界速度降低。为了使得该系统在混沌颤振区域内不产生周期窗口又不降低其颤振临界速度,可采用在减小俯仰自由度阻尼的同时增大操纵面偏转自由度阻尼的方法。     

基于三次迟滞模型的超声电机圆环定子主共振响应

摘 要 将改进的三次多项式迟滞模型用于描述压电材料的弹性迟滞非线性特性,建立了压电材料二维非线性本构关系。根据Hamilton原理和Rayleigh-Ritz假设模态方法,建立了不考虑界面力时旋转行波超声电机圆环定子驻波振动的非线性动力学模型。用多尺度法求解定子的一次近似主共振响应,通过定常解分析,发现定子主共振响应中存在振幅跳跃和多解现象,着重分析了压电材料弹性迟滞非线性参数对主共振响应的影响。结果表明,迟滞参数a使幅频响应曲线左偏并出现多解现象,迟滞参数a和b同时影响系统响应振幅的大小。数值计算验证了解析解的正确性。从理论上揭示了压电材料弹性迟滞非线性对圆环定子主共振响应的影响,为超声电机的优化设计和控制提供了理论依据。     

大跨度桥梁非线性颤振理论与试验研究

目前,在线性颤振设防标准下,大跨桥梁的设计与建设成本巨幅增加,严重阻碍了大跨度桥梁的进一步发展,亟需研究大跨度桥梁的非线性颤振特性并构建相关非线性颤振分析理论,为后颤振设防标准的构建提供理论依据。该研究发展了基于自由振动风洞试验识别幅变颤振导数的方法,建立了多/全模态耦合三维非线性颤振频域快速分析方法和能够考虑气动与结构双重非线性效应的三维时域分析方法,拓展了桥梁断面节段模型大振幅非线性颤振研究的风洞试验技术。基于发展的非线性颤振分析方法,以国内某四主缆双层桁架主梁断面悬索桥为背景,研究了该桥主梁断面的非线性颤振特性,量化了竖向自由度对该断面非线性颤振的影响,探究了多模态耦合效应对该桥非线性颤振的影响规律,发现了几何非线性效应诱发的超谐共振行为,并据此揭示了几何非线性效应对该桥非线性颤振的影响机制。该文方便读者对非线性颤振理论与分析方法有比较全面的了解,研究可为今后建立大跨桥梁的韧性抗风设计标准提供理论支撑和技术保障。     

流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性研究

流线型箱梁断面的自激气动力与振幅非线性相关。为更加准确地预测颤振临界风速,同时探索大振幅振动下的颤振后状态,建立数值风洞模型识别出随折算风速与振幅变化的气动自激力,并计算出相应的非线性颤振导数。在经典的颤振理论基础上,提出更加精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模态特征值求解方法。基于此方法,编制了非线性颤振幅值幅响应搜索程序,并对颤振后幅值特性进行研究。研究表明:单频单自由度振动下,随着幅值增大,桥梁断面气动力非线性成分比重扩大,单频单一扭转运动下尤其明显;所建立的颤振求解方法能准确预测颤振临界风速;流线型箱梁发生颤振后,振幅会出现阶跃性增长,达到某一大幅值后,又基本处于振幅缓增的振动状态。     

粘弹壁板非线性颤振滞后特性分析

分析了Kelvin粘弹力模型作用下二维壁板非线性颤振系统在分岔参数连续变化时的分岔特性以及滞后特性。采用von Karman大变形理论及Kelvin粘弹阻尼模型建立二维壁板动力学方程,采用线性活塞理论建立气动力模型。利用伽辽金法将壁板颤振模型转化为常微分方程组,分析了粘弹阻尼对系统稳定性的影响,并通过数值模拟研究分岔参数连续变化时该系统的分岔特性以及分岔参数的变化方向不同时该系统的滞后行为。计算结果表明,粘弹壁板颤振系统存在静止、屈曲、极限环、浑沌等复杂的运动形式,且存在明显的滞后现象。     

双边肋桥梁断面软颤振非线性自激力模型

采用弹簧悬挂节段模型测振的方法,研究了双边肋桥梁断面的软颤振响应。试验中观察到明显的软颤振现象,软颤振发生在扭转模态内,以单自由度的扭转振动为主,弯扭耦合效应比较微弱。将颤振导数拓展为瞬时扭转振幅的函数,以计入自激力的非线性效应。参数识别结果表明,自激力的非线性主要体现为气动阻尼的非线性效应,气动刚度的非线性较弱。通过对比软颤振响应的计算值和试验值,初步验证了该自激力模型和参数识别结果的可靠性。根据气动阻尼和结构阻尼随瞬时振幅的变化关系,对软颤振的机理进行了探讨。     

一种由干摩擦引起的车床切削颤振

建立了由刀架弹性子系统及工件弹性子系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度颤振模型。通过数值模拟显示了此系统存在内共振现象,此时两个子系统的振幅会相互影响显著增大。同时利用平均法求出了此系统的1:2内共振的近似解析解,相应求得两个子系统的一组稳态振幅曲线,通过分析解释了系统发生切削颤振的原因及条件,为解决切削颤振问题提供了新的途径。     

新型汽车扭振减振器扭振特性试验研究

对一种新型汽车扭振减振器的动态工作特性进行试验研究,通过试验与理论相结合的方法,系统的研究了该减振器动态扭振特性。研究表明：减振器恢复扭矩与扭振振幅成典型的迟滞非线性,而且其动刚度是振幅的非线性函数;阻尼是振幅、频率的非线性函数,阻尼成分较丰富,既有干摩擦阻尼,又有粘性阻尼;建立的恢复扭矩混合阻尼动力学模型能够很好地描述这类非线性扭振减振器的迟滞特性,理论回线与试验回线吻合较好,为优化设计出高性能的汽车扭振减振器提供了理论依据。     

切削过程再生颤振的模糊稳定性分析

在机床切削颤振分析中首次考虑了模糊不确定性因素的影响，利用模糊数学分析方法详细论述了切削过程再生颤振的模糊稳定性分析问题，给出了模糊稳定性极限切削宽度集合的可能性分布及其置信区间表达式，最后依据本文的理论分析，经计算机编程绘制了模糊稳定性图     

时变进给抑制切削颤振的理论分析与实验验证

在分析恒进给加工系统稳定性的基础上，进一步分析了时变进给加工系统的稳定性。计算机模拟结果表明，时变进给切削比单调增大进给切削更能有效地抑制颤振。在一定的条件下，时变进给量变化幅度及变化频率越大，抑振效果越好。在优选条件范围内，时变进给量幅度变化对抑振效果的影响比时变进给量频率变化的要大。不同的时变进给量的变化波形，皆有较好的抑振效果，其中以矩形波的抑振效果最好．实验结果验证了理论分析是成立的。     

外圆纵磨再生颤振稳定性理论及评价方法的研究

磨削过程中的再生颤振现象是影响工件磨削质量的主要因素之一.基于再生颤振机理,以切入磨再生颤振建模为基础,将外圆纵磨过程简化为多步以磨削接触区为磨削宽度的小切入磨的叠加,建立了工件、砂轮小宽度切入磨动力学模型并对其稳定性进行了研究.在此基础上,探讨了符合外圆纵磨特点的稳定性分析及评价方法,分析了工件主轴转速,砂轮主轴转速,磨削深度和轴向进给速度对稳定性的影响,为外圆磨削颤振抑制提供依据.磨削试验结果与理论分析一致,验证了外圆纵磨再生颤振模型及稳定性理论的正确性.     

机床颤振的早期诊断与在线监控

本文基于大量试验,分析了在切削从平稳走向失稳的过渡过程中,机床振动的加速度信号的特征变化,并引入几个特征量和模式向量平面来描述这些特征变化,以实现颤振的早期诊断.根据所建立的机床颤振的非线性理论及模型,讨论了颤振振幅与切削用量的关系,并制定了颤振的在线控制策略. 根据以上结果,把早期诊断与在线控制有机地联在一起,建立了颤振的在线监控试验系统.大量试验表明,机床颤振的早期诊断与在线监控这一技术思想是切实可行的.     

A centre-manifold analysis of variable speed machining

The mathematical models representing chatter dynamics have been cast as differential equations with delay. The suppression of regenerative chatter by spindle speed variation is attracting increasing attention. In this paper, we study nonlinear delay differential equations with periodic delays which model the machine tool chatter with continuously modulated spindle speed. The explicit time-dependent delay terms, due to spindle speed modulation, are replaced by state-dependent delay terms by augmenting the original equations. The augmented system of equations is autonomous and has two pairs of pure imaginary eigenvalues without resonance. We make used to the centre-manifold reduction and the method of normal forms to determine the periodic solutions and analyse the tool motion. Analytical results show both modest increase of stability and existence of periodic solutions close to the new stability boundary.     

Stability of centre lathes in orthogonal cutting

A medium size centre lathe has been dynamically tested both by forced vibration testing technique and cutting tests. In this investigation the workpiece used is supported by the chuck and a running centre.

The stability chart has been determined by chatter cutting tests and correlated with that predicted using, successively, the model developed by Das and Tobias (1967) and that by Nigm et al. )1872).     

机床速度型切削颤振的非线性研究

本文建立了由刀架弹性子系统、工件弹性子系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度非线性系统的速度型切削颤振理论模型,通过数值模拟显示,此系统存在内共振现象,从而解释了速度型切削颤振发生的振动机理。为解决切削颤振问题提供了一种新的技术途径。     

Delay induced canards in a model of high speed machining

We consider here a model from Stone and Askari [Nonlinear models of chatter in drilling process, Dyn. Syst. 17 (2002), pp. 65–85] for regenerative chatter in a drilling process. The model is a nonlinear delay differential equation where the delay arises from the fact that the cutting tool passes over the metal surface repeatedly. For any fixed value of the delay, a large enough increase in the width of the chip being cut results in a Hopf bifurcation from the steady state, which is the origin of the chatter vibration. We show that for zero delay the Hopf bifurcation is degenerate and that for a small delay this leads to a canard explosion. That is, as the chip width is increased beyond the Hopf bifurcation value, there is a rapid transition from a small amplitude limit cycle to a large relaxation cycle. Our analysis relies on perturbation techniques and a small delay approximation of the DDE model due to Chicone [Inertial and slow manifolds for delay differential equations, J. Diff. Eqs 190 (2003), pp. 364–406]. We use numerical simulations and numerical continuation to support and verify our analysis.