一类无足自驱动系统的运动特性分析

建立了一类简谐激励作用下、两自由度含干摩擦无足自驱动系统的力学模型,描述并分析了系统的运动特性,得到了系统参数选择的最佳范围。研究发现:在低频区,随着激励频率ω的减小,擦边分岔诱导系统碰撞次数逐渐增加,直至颤振序列;在高频区,系统存在混沌运动。在一个完整周期内,基体的运动由黏滞、正向驱进和负向驱进三种中的一种或多种组成;系统平均驱进速度■对激励频率ω和质量比μ_m的变化较敏感,摩擦比f、间隙δ、刚度比μ_k对系统的影响相对较小,质量比μ_m的最佳选择范围为[0.4,0.8];系统正向和负向驱进的最大平均速度出现在低频区和质量比较小时;在高频区,基体趋于黏滞状态。该研究结果和方法,可为无足自驱动系统的设计及参数优化提供相应的理论依据。     

一种拉伸式准零刚度隔振系统的设计和特性分析

针对低频隔振,采用正负刚度并联的原理构造一种拉伸式准零刚度隔振器。通过静力学分析,确定系统在平衡位置实现准零刚度的参数条件;采用谐波平衡法求解系统在简谐力作用下的幅频响应和多稳态区域;利用马蒂厄方程进行稳定性判别,并与数值结果进行对比;利用胞映射验证多态共存,分析系统参数对幅频响应和力传递率的影响。研究表明,在满足准零刚度条件下,准零刚度隔振系统起始隔振频率比为0.73左右,相对于线性系统,起始隔振频率比降低50%左右,隔振性能更好,实现了低频隔振。     

非线性Zener模型的求解及多态共存机理研究EI北大核心CSCD

非线性Zener模型可准确反映中低频范围内橡胶隔振系统的力学特性,受系统准对称特性和迟滞特性的影响,系统会存在分岔、混沌、多态共存等复杂非线性动力学行为。采用复数变量法和谐波平衡法求解了系统的瞬态响应与稳态响应,并分别与数值结果及UM软件仿真结果进行对比,研究了系统在叉式分岔、鞍结分岔、倍周期分岔和边界激变诱导下多态共存的形成机理及周期运动转迁规律。结果表明:系统在主共振区附近鞍结分岔的诱导下形成一对自对称周期运动的共存;在叉式分岔诱导下产生一对反对称周期运动的共存;在叉式分岔后鞍结分岔的诱导下系统产生两对反对称周期运动的共存;系统叉式分岔与逆叉式分岔构造出“P(D)^(n) P′多态域”,在“P(D)^(n) P′多态域”中,系统有一对反对称周期倍化序列的共存及一对反对称混沌运动的共存。     

轮对两侧圆周相异轮廓对轮轨动态响应的影响EI北大核心CSCD

既有车轮多边形问题研究中,通常将同一轮对两侧车轮圆周视为相同轮廓,然而现场实测发现,同一轮对两侧车轮圆周在整个镟修周期内常处于相异状态。结合实测数据对轮对两侧车轮圆周状态进行归类划分;建立车辆‑轨道耦合系统动力学模型,分析轮对两侧车轮圆周状态对轮轨动态响应的影响。结果表明,依据实测数据和离散傅里叶变换结果,理论上将轮对两侧车轮圆周状态分为同阶同幅、同阶异幅、异阶同幅、异阶异幅和单侧非圆;轮对两侧车轮之间的相互作用对轮轨接触特性影响微弱,对轮轨蠕滑特性影响较为明显,对轮轨磨耗的影响显著;同阶状态导致车轮圆周磨耗以整倍阶次发展,异阶状态导致车轮圆周磨耗出现多个显著阶次,包括自身阶次、另一侧车轮阶次、两侧车轮阶次之和以及高阶次的整倍数阶次。结果可为高速列车车轮多边形形成机理的探究提供参考。     

含碰撞和摩擦振动系统黏滞-黏着运动转迁机理研究EI北大核心CSCD

针对一类含碰撞和摩擦的单自由度振动系统,通过分析相空间内自由滑动、碰撞、黏着和黏滞四种不同性质运动的发生条件,结合四种不同的Poincaré映射截面对其周期运动进行辨识,研究参数域内系统周期运动分布规律。采用参数延续算法和胞映射算法,并结合系统稳定性判定条件,揭示了系统周期黏滞-黏着运动分布及转迁规律。研究结果表明:周期黏滞-黏着运动主要集中在低频小间隙区,系统向着周期黏滞-黏着运动转迁过程中,在擦边分岔(grazing bifurcation,GR)诱导下碰撞次数增加,碰撞速度逐渐减小,同时周期运动的周期带逐渐变窄;相邻周期运动转迁过程中主要受到GR、鞍结分岔(saddle node bifurcation,SN)和滑移分岔(sliding bifurcation,SL)的诱导,由于转迁相互不可逆性,形成GR-SN和(GR-SL)-SN等不同形式的多态共存区。系统间隙和恢复系数减小,黏滞-黏着运动频带变宽,起始点向高频方向延伸。     

分数阶非线性隔振系统的超谐波共振与周期运动转迁规律分析

针对具有非线性和黏弹性的隔振系统采用分数阶非线性Zener模型对其本构关系进行表征。将分数阶项等效成三角函数的形式，采用高阶谐波平衡法求解系统的稳态响应并结合多种方法对结果进行比较，数值模拟系统在低频区的动力学响应，采用Floquet理论对系统分岔类型进行判定，揭示了分数阶项对系统动力学响应的影响。研究结果表明，高次超谐波不仅存在跳跃现象且相邻次数超谐波转迁过程中存在周期运动多样性。数值模拟过程中还发现系统存在周期运动和混沌共存的现象，并总结了多态共存区域及其相邻区域的运动规律。     

中低速磁浮车辆空气弹簧动力学建模及其应用研究

建立合理的适用于中低速磁浮车辆的空气弹簧动力学模型是预测中低速磁浮车辆动力学性能的必要条件。基于振动力学与弹性力学基本原理，建立了中低速磁浮车辆空气弹簧系统非线性动力学模型，依据测试结果辨识了系统参数，试验验证了模型的准确性，并结合线路动态测试结果对比了线性模型与非线性模型的差异。结果表明：空气弹簧在±70 mm有效行程范围内，其垂向载荷-内压-位移之间呈三次函数关系，行程大于70 mm时，载荷-位移呈线性关系；磁浮车辆空气弹簧横向刚度极大，可以分段线性近似表示；直线线路车辆速度大于30 km/h以及曲线线路半径小于100 m时，线性模型计算结果偏差较大，非线性模型计算精度显著高于等效线性模型。研究结果可为中低速磁浮车辆设计、动力性能预测提供理论依据。