碰撞阻尼器系统的分岔、混沌与控制

对碰撞阻尼器振动系统推导了周期解存在的条件，并利用Poincare映射和数字仿真进行了分岔与混沌运动的研究。计算结果表明，这种非线性碰撞振动系统在特定的参数条件下，除了稳定的周期运动形态外，还会沿着倍周期分岔、HOPF分岔及拟周期环面破裂等分岔进入混沌运动。因此，为了有效地利用碰撞阻尼器特性控制振动，在设计和使用碰撞阻尼器时应考虑参数满足周期运动的条件，避免由于自身的非线性特性而产生的混沌运动。     

Duffing系统的双参数分岔与全局特性分析

通过数值计算分析Duffing系统在双参数平面上最大Lyapunov指数的分布特性,得到系统在双参数平面上混沌运动、稳定周期运动和各种分岔曲线的参数区域,结合系统单参数分岔图和相图等,讨论参数耦合对系统动力学特性的影响和系统在双参数平面上的分岔与混沌过程。结果显示在双参数平面上由于混沌运动的参数区域被一系列的倍周期分岔曲线环包围,导致系统单参数分岔图出现连续周期泡结构,系统局部分岔特性变得非常复杂;在双参数平面上,经叉式分岔后系统出现倍周期分岔等各种分岔曲线,使得系统经叉式分岔后出现各种吸引子共存现象,利用多初值分叉图和胞映射法对系统经叉式分岔后的全局动力学特性进行详细深入地研究,发现系统参数对各吸引子的稳定性和吸引子吸引域的演变规律有重要影响。     

一类分数阶分段光滑系统的非线性振动特性

分析了一类含分数阶的单自由度分段光滑系统的振动特性。建立了单自由度分数阶分段光滑系统的数学模型,采用平均法得到了系统的周期解,并与数值解进行了对比,二者吻合效果较好。分析了周期解幅频响应的跳跃现象及可能出现的鞍结分岔与擦边分岔,并利用数值仿真着重研究了分段刚度与阻尼、分数阶系数与阶次、分段间隙等参数对幅频响应及其稳定性的影响。基于奇异性理论对分岔方程进行了分析,得到了转迁集和系统分岔图,从而反映出该系统在不同参数区间的振动特性。     

叶轮转子碰摩响应的分岔与稳定性

针对叶轮转子碰摩响应以及周期解的分岔和稳定性开展研究。基于线性接触力和库伦摩擦力组成的叶尖碰摩力模型,建立了叶轮转子碰摩的动力学方程,通过数值计算给出了系统响应随转速变化的分岔图,发现在碰摩时系统出现了多种周期运动和混沌等响应形式,并有倍周期分岔、跳跃以及混沌吸引子的转换等现象发生。将同伦延拓理论和打靶法相结合,在庞加莱截面上通过切向预估和法向校正,形成了一种新的延续打靶法,将其应用于叶轮转子碰摩周期解计算和稳定性分析中,给出了碰摩周期响应的分岔图,发现随转速的变化,系统出现了大量局部稳定的周期解。基于周期解分岔图研究了系统进入和退出混沌的路径,发现系统进入混沌的路径主要是鞍结分岔和倍周期分岔,退出混沌的路径有倍周期分岔、Hopf分岔以及边界激变。     

含常数激励非对称Duffing系统的主共振响应及鞍结分岔研究

针对含常数激励的非对称Duffing系统开展鞍结分岔特性研究。采用谐波平衡法求得系统在主共振下的周期解,采用Floquet理论分析周期解的稳定性,利用幅频响应曲线上鞍结分岔点处具有切线铅直的几何特征,计算系统关于常数激励和简谐激励频率的鞍结分岔集,并分析阻尼和简谐激励幅值对系统鞍结分岔集的影响规律。结果表明,在常数激励与简谐激励频率构成的参数平面上,鞍结分岔集由两条曲线组成,其中一条为软特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,另一条为硬特性共振滞后区对应的鞍结分岔集,两条曲线包围的参数区域为多解参数区,在两条曲线交叉形成的参数区域内,系统存在5解共存现象以及复杂的振动突跳现象。随着常数激励的增大,系统软特性逐渐增强、硬特性逐渐变弱,两者对应的共振滞后区从分离到交叉,直到硬特性共振滞后区消失。增大系统阻尼或减小简谐激励幅值有助于抑制系统主共振响应中的多解及复杂振动跳跃现象。     

磁流变悬架系统的非线性动力学分析与混沌控制

基于修正的磁流变阻尼器Bouc-Wen力-速度(F-v)模型,建立了磁流变悬架动力学系统。根据非线性系统稳定性理论发现了系统发生混沌的可能性。给出全局分岔图和Lyapunov指数谱图,得到了系统随参数变化呈现出的周期振动、概周期振动和混沌运动交替出现的复杂非线性动力学行为,以及经由倍周期分岔、鞍结分岔以及逆向倍周期分岔通向混沌的演化过程。以理想线性模型为参考,提出了基于运动状态追踪的滑模控制方法,有效地将系统混沌运动镇定到稳定的周期状态。     

端部约束悬臂输流管道的分岔与混沌响应

研究悬臂端受到线性弹簧支承和扭转弹簧约束的约束悬臂输流管道在自激-参数激励-外激励联合激励作用下的非线性动力学特性,分析系统在平均流速、流速脉动幅值和基础激励下出现周期和混沌运动响应的参数条件,揭示其通向混沌的途径,探寻各参数对输流管道振动响应的影响,为输流管道的振动控制提供依据.数值仿真结果表明,随着平均流速、流速脉动幅值、基础激励幅值和质量比的不同,管道系统分别呈现周期、概周期、阵发性和混沌运动多种响应形式,系统通过倍周期分岔或阵发性进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌.     

多间隙弯扭耦合齿轮非线性振动的分岔特性研究

采用集中质量法,建立了齿轮-转子-轴承系统的四自由度的弯扭耦合的非线性振动模型,模型考虑了齿轮副间的时变啮合刚度、齿侧间隙、支承间隙以及综合传递误差等非线性因素;推导出系统的量纲一振动微分方程,采用数值积分方法研究多间隙弯扭耦合齿轮传动的运动随转速、齿侧间隙、支承间隙以及阻尼等参数的分岔特性,同时结合Poincaré截面图,全面系统的分析了转速、啮合阻尼、齿侧间隙以及支承间隙等参数对系统分岔特性的影响。结果发现,在一定的齿侧间隙和啮合阻尼下,随着转速的逐渐增加,系统进入混沌的途径包括激变和拟周期分岔,且随着阻尼系数的增加,系统的分岔和混沌运动被抑制,表现为其混沌区域宽度逐渐降低;在一定的转速和啮合阻尼下,而随着齿侧间隙的逐渐增加,系统会从通过激变进入混沌的途径转变成由倍周期分岔途径进入到混沌,且系统在不同的啮合阻尼下最终锁相为混沌、周期四、周期二和周期一运动;在满足一定的转速和啮合阻尼条件下,随着齿侧间隙的增加,系统可通过倍周期分岔进入并锁定为Naimark-sacker分岔。在满足一定的转速、啮合阻尼和齿侧间隙的条件下,随着支承间隙的增加,系统运动进入狭窄的周期五窗口后锁相为周期一运动,且从系统的控制方程和数值解可以发现支承间隙对系统的运动的影响较弱。     

周期激励Ueda电路系统的双参数特性分析

数值计算周期激励Ueda电路系统在双参数平面上的最大Lyapunov指数,得到系统在双参数平面上周期运动、拟周期运动和混沌运动的参数区域。结合单参数分岔图和庞加莱截面图讨论多参数耦合对系统运动稳定性的影响以及系统在参数平面上的分岔混沌过程,表明在不同的参数匹配下系统的局部动力学特性非常复杂,参数之间的相互耦合关系对系统分岔与混沌过程的影响非常明显:当外激励幅值小于1.0时,系统在外激励频率小于1.181或大于1.936的区域内均为拟周期运动;当外激励幅值大于1.0时,系统在外激励频率小于0.9和大于2.5的区域内出现混沌运动和周期运动相交替的现象;选取合适的参数,系统由拟周期运动经锁相退化为周期运动,后经倍周期分岔序列进入混沌运动;在给定系统参数下,当外激励频小于0.2时,系统振子发生颤振。     

分数阶单自由度线性振子双侧对称碰撞振动分析

基于含分数阶微分的单自由度线性双侧刚性碰撞模型,研究了双侧对称碰撞振动系统在简谐激励下的稳定性和分岔行为。利用平均法得到分数阶线性系统的等效刚度和等效阻尼,获得碰撞振动的稳态解;利用迭代法得到更精确的瞬态固有频率,从而获得碰撞振动的瞬态解。在此基础上,得到了双侧对称碰撞振动系统的近似解析解。根据近似解析解,分析了对称n-1-1周期运动的存在条件,并利用Poincaré映射研究了n-1-1周期运动的稳定性。详细分析了当外界激励频率、分数阶阶次和间隙变化时系统的分岔行为。分析结果表明,在双侧对称分数阶振动碰撞系统中,存在着擦边分岔、音叉分岔、倍周期分岔和混沌运动。     

黏弹性轴向运动变张力梁非线性动力学

在黏弹性轴向运动梁横向参数振动的非线性动力学行为研究中,首次计入因速度变化引起的、沿梁的径向变化的、轴向变张力的影响。给出描述变张力轴向运动梁横向非线性振动的偏微分—积分控制方程。基于微分求积法给出轴向运动梁横向非线性参数振动的数值解,通过观察梁中点的位移、速度随时间变化的历程,识别轴向运动系统的非线性动力学行为。同时,通过从数值解中提取的相图、Poincaré映射图和频谱分析,考察轴向运动梁横向振动的分岔与混沌特性,揭示了工程应用中的非线性轴向运动系统的混沌动力学行为。     

Study on the global chaotic dynamics and control of liquid-filled spacecraft with flexible appendage

This paper investigates the global chaotic attitude dynamics and control of completely viscous liquid-filled spacecraft with flexible appendage. The focus in this paper is on the way in which the dynamics of the liquid and flexible appendage vibration are coupled. The equations of motion are derived and then transformed into a form suitable for the application of Melnikov’s method. Melnikov’s integral is used to predict the transversal intersections of the stable and unstable manifolds for the perturbed system. An analytical criterion for chaotic motion is derived in terms of the system parameters. This criterion is evaluated for its significance to the design of spacecraft. In addition, the Melnikov criterion is compared with numerical simulations of the system. Numerical solutions to these equations show that the attitude dynamics of liquid-filled flexible spacecraft possesses characteristics common to random, non-periodic solutions and chaos. This paper demonstrated that the desired final polarity control is guaranteed by using a pair of thruster impulses. The control strategy for a reorientation maneuver is designed and the numerical simulation results are presented for both the uncontrolled and controlled spin transition.     

非线性混沌振动响应的试验分析

对非线性隔振系统而言,当其参数处于特定区域时,系统可能处于混沌状态,从而在线谱激励下可以产生具有宽谱特征的混沌响应,以达到消减潜艇辐射噪声线谱成分的目的。设计了分段隔振系统并开展试验研究,利用改进小波去噪算法和空间栅格特征提取方法对实测信号进行滤波和识别处理。试验中观察到了系统复杂的动力学行为,为混沌的工程应用提供了有益参考。     

单辊驱动轧机水平非线性参激振动机理研究

在考虑轧辊和轧件间摩擦力和水平方向非线性刚度和阻尼的基础上,建立了单辊驱动轧机水平非线性参激振动模型,用多尺度法求解了振动系统在主参数共振情况下的一阶近似解,给出了振动系统的频率响应方程,用数值方法研究了定常解的稳定性,并用分岔图、Poincare映射和Lyapunov指数方法分析了刚度波动对轧机水平非线性参激共振的影响。     

转子-轴承系统混沌运动的神经网络反馈控制方法

用神经网络技术对刚性Jeffcott转子-轴承系统进行混沌滞延反馈控制研究。研究结果表明,当转子-轴承系统进入混沌状态后,引入时间滞延反馈控制信号,可以消除转子-轴承系统的混沌振动,使嵌入在混沌吸引子中的不稳定周期轨道回到稳定周期轨道上。采用间接误差计算的BP神经网络学习方法和自适应学习率BP算法结合而形成的改进型BP神经网络方法,可以快速搜寻到次优化的滞延反馈控制强度,从而即时有效地消除转子-轴承系统的混沌振动。一旦混沌振动回归稳态周期振动,则反馈控制信号自动消失。该方法为控制转子-轴承系统的振动状态提供了理论依据,特别是对工程实际转子系统有实用价值。     

一类非线性混沌振动的主动隔振实验研究

本文以Duffing非线性振子为研究对象 ,应用主动隔振原理 ,设计了参数自调节的PID控制算法 ,对Duffing振子混沌振动进行了主动隔振数值仿真实验 ,实现了对混沌振动的良好隔振。仿真结果表明 :在混沌振动中应用主动隔振技术的有效性     

隧道爆破振动信号的混沌特征分析

基于混沌理论,将邻近隧道爆破、上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应时间序列进行相空间重构,通过吸引子、Lyapunov指数、关联维数等核心参量计算,分析隧道爆破振动响应信号混沌特征。经过计算,邻近隧道爆破作用下既有隧道振动响应信号相空间重构后具有奇怪吸引子,且Lyapunov指数均大于0,可判定其具有混沌特征;上跨坑道爆破作用下既有隧道振动响应信号的Lyapunov指数也均大于0,表明其也具有混沌特征。研究表明,隧道爆破振动信号具有混沌特征,随着钻爆作业面与既有隧道爆心距减小,λ值变大,隧道爆破振动响应的混沌特征增强,应更加强钻爆参数的合理优化和爆破振动实时监测,确保施工质量和爆破安全。     

混凝土单桩在轴向扰力作用下的混沌运动

在考虑混凝土非线性本构关系的基础上,建立了混凝土单桩纵向振动的非线性动力方程。经研究发现本构关系为非线性的结构,在轴向扰动作用下其纵向振动也可能发生混沌运动。同时,讨论分析了扰力频率对结构发生混沌运动区域的影响。     

非线性成型振动台混沌特性分析与仿真研究

为了解决混凝土构件现有振动成型技术中密实度不高、成型周期长的问题.基于混沌理论对现有振动台结构进行改进,考虑碟形弹簧非线性建立振动系统的物理模型和动力学模型.通过分岔图确定系统产生混沌时的参数范围,利用Matlab/Simulink搭建混沌响应数值仿真平台,采用Runge-Kutta法求解并绘制系统的相轨迹图、Poin...     

基于混沌振动力学的压路机工程

为将混沌振动力学的理论研究转化为压路机工程的新技术成果,研制了三种混沌振动压路机(0．75t,10t,14t),并进行了振动测试、数值仿真与压实试验,证明混沌振动压路机比普通振动压路机提高工效12．2％。其中,14t重型混沌振动压路机已用于我国西部高速公路开发。