齿轮-轴承系统非线性混沌控制参数摄动与轨道偏差分析

针对齿轮-轴承系统混沌响应减振控制问题,建立了含多间隙的系统非线性振动模型,模型中考虑了齿侧间隙、轴承径向间隙等非线性激励因素。通过系统状态模型与变分转换求解了Jacobi矩阵与敏感度矢量,结合微分流形理论和OGY(Ott-Grebogi-Yorke)控制法对混沌吸引子高周期轨道控制不稳定维数变异情形改进控制条件;采用Newton-Raphson数值法搜寻到混沌吸引子内部镶嵌的P8和P10等不稳定周期轨道不动点,发现二者Jacobi矩阵特征值谱中均存在模为1的临界复共轭特征根,目标周期轨道表现非双曲性。以轴承预载荷为名义控制参数,对P1、P2、P4、P8和P10等周期的多阶段控制表明状态迁移点附近存在短暂混沌瞬态振荡,高周期轨道控制精度下降、轨道偏差增高,控制稳定后参数摄动按受控周期轨道状态规律演化。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

汽车动力总成主动悬置系统分层控制策略研究

针对汽车动力总成主动悬置系统结构特点,考虑作动器动态特性对系统控制精度的影响,提出了一种分层控制方法。在对三自由度1/4车主动悬置系统分析的基础上,推导了悬置系统和电磁作动器控制电路的数学模型,采用分层控制策略对悬置部分和作动器电路部分设计了上、下层控制器。上层悬置控制器采用综合性能较好的LQR控制,并利用遗传算法对其性能指标权重系数进行优化;下层作动器电路部分采用简单实用的PID控制,并利用粒子群算法对其参数进行优化。最后,通过对所设计的主动悬置系统设置两种典型工况进行仿真验证。结果表明:相比于传统控制,按照分层控制策略设计的主动悬置系统能够针对汽车不同工况实施更精确的控制,并且具有较强的鲁棒性和力跟踪性。     

强震区中等跨度斜拉桥抗震体系研究

在高地震烈度区,中等跨度斜拉桥选择合理的抗震约束体系,对优化结构抗震性能具有较好的效果。以跨径布置(100+240+100)m的斜拉桥为工程案例,对四种不同的横桥向约束体系进行模态分析、非线性时程分析,并比较了过渡墩的三种约束方案对桥梁整体抗震性能的影响,结果表明在横桥向设置弹塑性约束装置可大幅降低结构地震响应;此外,对弹塑性约束的力学参数F_y、K_1和K_2进行了敏感性分析,得到了结构地震响应的变化趋势,并给出了参数设计的建议。基于理论分析结论,在不同地震水准下,对弹塑性约束装置的工程应用提出了三道抗震设防防线的设计思路,为中等跨度斜拉桥抗震体系的选择提供参考。     

背风墙面开孔的低矮房屋风致内压响应研究

风灾中原本封闭的结构被破坏后将变成开孔结构,结构内压突然增大,将会加剧对结构的破坏。当前对风致内压的研究主要关注结构迎风面开孔的情况,而忽略了背风墙面开孔时的内压响应。从理论上推导了背风墙面开孔结构风致内压响应的计算方法,依据同济大学浦东实测基地低矮房屋在台风作用下的实测数据,对比了实测和理论计算得到的内压体系自振频率和内压响应,验证了该计算方法的准确性。最后对背风墙面合理开孔面积进行研究,建立了一套能够改善屋盖在强风中受力的开孔方法,并验证了该方法对于调控屋盖所受合力具有显著的效果。     

基于稀疏信号功率迭代补偿的矢量传感器阵列DOA估计

针对现有稀疏信号功率迭代算法对方位相近目标分辨概率与估计精度较低问题,提出了一种稀疏信号功率迭代补偿的矢量传感器阵列波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。基于稀疏信号补偿原理和加权协方差矩阵拟合准则,构建了关于稀疏信号功率与补偿权重的目标函数。推导了稀疏信号功率迭代更新表达式的闭式解。通过对稀疏信号功率进行谱峰搜索获得DOA估计值。理论分析表明,所提算法通过对离散网格点上的信号功率进行补偿提高了方位相近目标的分辨率概率与估计精度。仿真结果表明,相较于经典子空间算法与现有稀疏功率迭代算法,所提算法对方位相近目标具有较高的分辨概率与估计精度。     

准静态条件弧齿锥齿轮传递误差和齿根应力试验研究

开展弧齿锥齿轮的试验研究可为理论设计、制造和装配等提供基础数据,提高弧齿锥齿轮的啮合质量和使用性能。以弧齿锥齿轮为研究对象,采用功率封闭试验系统,在准静态条件下开展试验研究。对不同转速和扭矩工况的传递误差和齿根应力开展测试,并从时域和频域角度进行了对比分析。结果表明：弧齿锥齿轮的传递误差呈正弦或余弦形式波动,并以转频对应幅值为主;随着扭矩的增加,弧齿锥齿轮传递误差峰峰值呈现递增的趋势,且传递误差转频对应幅值近似呈线性比例增加;转速对传递误差峰峰值影响较小,但对传递误差转频对应幅值影响较大。随着扭矩的增加,齿根应力峰峰值呈线性比例递增;转速对齿根应力峰峰值的影响较小;从小端到大端,齿根应力的变化很大且呈现增大的趋势;齿轮啮合过程中,轮齿进入啮合时,齿根应力为拉伸方向且应力逐渐增加达到峰值,随后轮齿逐渐退出啮合,齿根应力逐渐减小直至压缩方向并达到最小值;从频域角度齿根应力以转频及其倍频为主。     

地铁车站钢筋混凝土中柱试件抗震混合试验研究

地下结构抗震性能试验中同样存在缩尺比问题。以地铁车站结构钢筋混凝土中柱为足尺试验对象,进行地铁车站结构抗震混合试验研究。试验中的试验子结构取为车站中柱,该试件采用MTS作动器加载通过OpenFresco从数值子结构获得地震作用;取车站结构剩余部分与车站周围土体为数值子结构,数值子结构采用OpenSees模拟,地震激励由数值子结构底部输入。试验结果显示:随着地震动加速度峰值(PBA)增加,试验构件进入损伤状态,侧向刚度降低;在输入基岩波为上海人工波时,在弹性工作状态下纯数值模型的层间位移和水平剪力与试验结果匹配较好,表明采用的OpenSees,OpenFresco,MTS混合试验系统在测试地下结构地震响应时具有良好的稳定性与准确性。     

耦合条件下微穿孔板吸声特性研究

使用轻薄材料制成的微穿孔板和背腔板,其自身的振动对其吸声特性的影响不容忽视。基于模态叠加法建立了弹性背腔微穿孔板的理论模型,研究了弹性微穿孔板和弹性背腔板的刚度、面密度、张紧力和阻尼对其吸声特性的影响,对比了不同边界条件下的弹性背腔微穿孔板吸声系数。随后,利用试验数据和有限元分析结果验证弹性背腔微穿孔板吸声理论。结果表明,在弹性背腔板和弹性微穿孔板的模态频率处,微穿孔板的吸声系数得到提高。通过合理配置弹性微穿孔板和弹性背腔板的参数,能够有效拓宽其吸声带宽。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。