齿轮系统非线性振动研究进展

围绕圆柱齿轮系统的参数振动和间隙非线性振动问题, 较为详细地评述了20年来国 际上的研究进展情况. 文中首先说明了齿轮系统啮合过程非线性振动的基本概念, 包括基本 的力学模型、数学模型、不同类型的分析系统和求解方法; 然后分别评述了时变轮齿啮合刚 度参数振动问题和齿侧间隙非线性振动问题的研究进展. 此后讨论了同时 包含齿侧间隙和时变啮合刚度时齿轮非线性振动问题方面的研究. 最后,建议了齿轮系统 非线性振动方面今后的研究重点.     

轴向移动局部浸液单向板的1:3内共振分析

考虑单向板的轴向速度、轴向张力、流固耦合作用以及阻尼等因素, 基于由 von Kármán薄板大挠度方程得到的轴向移动局部浸液单向板的非线性振动方程, 研究了外激励作用下单向板在1:3内共振情况时的非线性振动特性. 首先利用Galerkin法对非线性振动方程离散化, 然后分别应用数值法和近似解析法对离散后模态方程组进行求解, 获得了系统内共振情况下复杂的幅频特性曲线, 并讨论了周期解的稳定性. 最后研究了1:3内共振系统平均方程组的运动分岔现象.     

轴向运动弦线的纵向振动及其控制

综述轴向运动弦线纵向振动及其控制问题的研究进展.多种工程 系统如动力传送带、磁带、纸带、纺织纤维、带锯、空中缆车索道等均 涉及轴向运动弦线的纵向振动.对线性模型而言,除早期结果外,总结了 运动弦线的模态分析、具有复杂约束和耦合的运动弦线振动和运动弦线 参数振动的近期研究.对非线性模型而言,提出了轴向运动弦线大幅纵向 振动的运动微分方程,概述了离散化和直接近似解析分析、用黏弹性材 料模型化阻尼机制和动力传输系统的耦合振动研究的新进展.讨论了轴 向运动弦线振动主动控制的研究现状,包括能控性和能观性,控制分析的 频域方法和能量方法,振动的自适应控制和非线性振动的控制.最后指出 该研究方向今后需要研究的若干重要问题,包括运动弦线的非线性动力学 行为、黏弹性运动弦线的振动、含运动弦线的混杂系统的控制和轴向运 动弦线非线性振动的控制.     

轴向变速运动粘弹性弦线的横向振动分岔

研究轴向运动弦线横向振动的分岔 .弦线轴向速度为常平均速度带有简谐涨落 ,其粘弹性材料由Kelvin模型描述 .建立系统的动力学方程并应用 2阶Galerkin截断进行简化 .计算了弦线中点的Poincar啨截面映射对平均轴向速度、轴向速度涨落幅值和弹性模量的分岔图 .     

轴向变速运动黏弹性梁稳定性渐近分析和数值验证

研究了轴向变速运动黏弹性梁参数振动的稳定性.对黏弹性本构关系采用物质时间导数,轴向速度用关于恒定平均速度的简单谐波变化来描述.发展浙近摄动法确定稳定性条件.应用微分求积法数值求解简支边界条件下的轴向变速运动黏弹性梁方程,并进而确定次谐波参数共振的稳定性边界.数值结果显示了梁的黏性阻尼和轴向平均速度的影响并验证了次谐波共振的解析结果.     

轴向运动弦线横向振动的频域分析

轴向运动弦线是多种工程系统的模型。为明确轴向运动横向振动的频域特性，及探索频域方法的应用特点．本文用频域方法分析轴向运动弦线的横向振动。基于轴向运动弦线横向振动方程和边界条件．通过Laplace变换导出频率域中的控制方程，并将该控制方程和边界条件用状态变量表示。由状态空间中的控制方程导出特征方程，从而求出固有频率。由轴向运动弦线的矩阵函数计算得到系统的传递函数，然后用留数定理计算传递函数的Laplace逆变换．这样就可以得到时域响应。最后分析了轴向运动弦线的横向共振，若简谐外激励的频率与系统固有频率相同，系统响应将随时间无限增加。     

纵向参数激励下平动刚-液耦合系统稳定性

纵向参数激励下液体晃动稳定性是航天器动力学中一个广受关注的问题,然而在以往的研究中没有考虑液体晃动与航天器运动之间的耦合作用对系统参数振动稳定性的影响. 建立了用液体晃动等效单摆模型描述的纵向激励下平动刚-液耦合系统的Mathieu方程,采用摄动法确定了耦合系统1/2亚谐波振动和谐波振动的激励幅-频稳定性边界. 研究发现,液体晃动与主刚体横向运动的耦合作用扩大了参数振动不稳定区, 并使其向高频移动,影响的程度随等效晃动质量的减小而减小;液体晃动模态阻尼对1/2亚谐波振动不稳定区的缩小作用远弱于对谐波振动不稳定区的缩小作用. 对耦合系统第1阶液体晃动模态1/2亚谐波振动响应的研究表明:当纵向激励参数在不稳定区内时,可能引起主刚体的纵横耦合振动现象.      

大变形轴向运动梁的精确动力学模型

轴向运动梁的横向振动是具有实际工程背景的动力学问题.该文应用Cosserat弹性杆模型讨论圆截面轴向运动梁的动力学建模及其运动稳定性.以沿梁中心线的弧坐标代替方向固定的坐标轴,根据梁截面的姿态随弧坐标和时间的变化确定梁的变形过程.从欧拉的速度场概念出发,考虑梁截面转动的惯性效应和剪切变形,建立大变形轴向运动梁的动力学方程.其小变形特例为轴向运动的三维Timoshenko梁.基于该模型分析了轴向运动梁准稳态运动的静态和动态稳定性,导出可导致失稳的临界轴向速度.证明空间域内的欧拉稳定性条件是时间域内的Lyapunov稳定性的必要条件.      

核主泵叶轮间隙的轴向振动特性研究

具有径向流的间隙结构广泛存在于轴承结构与旋转机械中,间隙中的流固耦合作用可能影响整体结构的运动稳定性。基于理论间隙模型和核主泵的实际结构,本文对径向间隙流引起的轴向振动进行了多方面的研究。当间隙的一个壁面产生轴向振动并处于旋转状态时,壁面受到由径向流引起的时变轴向力,因此间隙为叶轮提供附加的轴向刚度和阻尼。通过研究以水为介质的理论间隙模型,发现径向间隙流会引起负的等效轴向动力系数（刚度和阻尼）,并且流道形状是影响间隙轴向动力特性的重要因素。扩张流道和平行流道会产生负的轴向动力系数,特别是负阻尼会引起结构振动发散;而收缩流道间隙具有稳定的轴向动力特性。最后,对AP1000核主泵原型叶轮间隙模型进行分析,结果表明,间隙会引起轴向负刚度,并且在一定工况下出现负阻尼,此时系统轴向稳定性及结构安全运行将受到严重的不良影响。     

载流曲管声—弹耦合振动高阶模态的稳定性及其能量分布

讨论了载流曲管声－弹耦合振动的高阶模态及其稳定性，研究结果表明系统的耦合振动与流体和结构之间的刚性比α，截面特性比γ及质量比β有直接关系。α和γ的乘积ζ是系统特征值及稳定性的重要影响参数。文中给出了两端固支载流曲管前三阶失稳频率所对应的ζ。为了更好地解释耦合系统的振动特性及稳定性，还研究了曲管声－弹耦合振动的能量分布     

Principal parametric resonance of axially accelerating rectangular thin plate in magnetic field

Nonlinear parametric vibration and stability is investigated for an axially accelerating rectangular thin plate subjected to parametric excitations resulting from the axial time-varying tension and axial time-varying speed in the magnetic field. Consid- ering geometric nonlinearity, based on the expressions of total kinetic energy, potential energy, and electromagnetic force, the nonlinear magneto-elastic vibration equations of axially moving rectangular thin plate are derived by using the Hamilton principle. Based on displacement mode hypothesis, by using the Galerkin method, the nonlinear para- metric oscillation equation of the axially moving rectangular thin plate with four simply supported edges in the transverse magnetic field is obtained. The nonlinear principal parametric resonance amplitude-frequency equation is further derived by means of the multiple-scale method. The stability of the steady-state solution is also discussed, and the critical condition of stability is determined. As numerical examples for an axially moving rectangular thin plate, the influences of the detuning parameter, axial speed, axial tension, and magnetic induction intensity on the principal parametric resonance behavior are investigated.     

时变张力作用下轴向运动梁的分岔与混沌

轴向运动结构的横向参激振动一直是非线性动力学领域的研究热点之一. 目前研究较多的是轴向速度摄动的动力学模型,参数激励由速度的简谐波动产生. 但在工程应用中,存在轴向张力波动的运动结构较为广泛,而针对轴向张力摄动的模型研究较少. 本文研究了时变张力作用下轴向变速运动黏弹性梁的分岔与混沌. 考虑随着时间周期性变化的轴向张力,计入线性黏性阻尼,采用Kelvin模型的黏弹性本构关系,给出了梁横向非线性 振动的积分--偏微分控制方程. 首先应用四阶Galerkin截断方法将控制方程离散化,然后采用四阶Runge-Kutta方法计算系统的数值解,进而确定其动力学行为. 基于梁中点的横向位移和速度的数值结果,仿真了梁沿平均轴速、张力摄动幅值、张力摄动频率以及黏弹性系数变化的倍周期分岔与混 沌运动,并且通过计算系统的最大李雅普诺夫指数来识别其混沌行为. 结果表明:较小的平均轴速有助于梁的周期运动,梁在临界速度附近容易发生倍周期分岔与混沌行为. 随着张力摄动幅值的增大,梁的振动幅值的混沌区间不断增大. 较小的黏弹性系数和张力摄动频率更容易使梁发生混沌运动. 最后,给出时程图、频谱图、相图以及Poincaré 映射图来确定梁的混沌运动.      

Dynamic response of axially moving Timoshenko beams: integral transform solution

The generalized integral transform technique (GITT) is used to find a semianalytical numerical solution for dynamic response of an axially moving Timoshenko beam with clamped-clamped and simply-supported boundary conditions, respectively. The implementation of GITT approach for analyzing the forced vibration equation eliminates the space variable and leads to systems of second-order ordinary differential equations (ODEs) in time. The MATHEMATICA built-in function, NDSolve, is used to numerically solve the resulting transformed ODE system. The good convergence behavior of the suggested eigenfunction expansions is demonstrated for calculating the transverse deflection and the angle of rotation of the beam cross-section. Moreover, parametric studies are performed to analyze the effects of the axially moving speed, the axial tension, and the amplitude of external distributed force on the vibration amplitude of axially moving Timoshenko beams.     

面内平动板横向振动研究进展

面内平动板的力学行为正日益引起研究者的关注. 由于横向振动对实际工程系统应用的限制,发展相应的近似解析方法和数值方法已成为该领域研究工作的一个热点方向. 本文综述了面内平动板横向振动的研究进展,讨论了所研究问题的数学模型,建立了可整合板任意本构关系的统一的动力学方程,总结了面内平动板的模态分析、线性参数振动、非线性自由振动、非线性参数振动和受迫振动的研究进展,介绍了目前研究中近似解析方法和数值方法的应用情况. 最后总结现阶段的研究成果,并提出该研究方向今后尚待深入研究的若干重要问题.     

Transverse vibration characteristics of axially moving viscoelastic plate

The dynamic characteristics and stability of axially moving viscoelastic rect- angular thin plate are investigated.Based on the two dimensional viscoelastic differential constitutive relation,the differential equations of motion of the axially moving viscoelastic plate are established.Dimensionless complex frequencies of an axially moving viscoelastic plate with four edges simply supported,two opposite edges simply supported and other two edges clamped are calculated by the differential quadrature method.The effects of the aspect ratio,moving speed and dimensionless delay time of the material on the trans- verse vibration and stability of the axially moving viscoelastic plate are analyzed.     

DYNAMIC STABILITY OF AXIALLY MOVING VISCOELASTIC BEAMS WITH PULSATING SPEED

IntroductionThe class of systems with axially moving materials involves power transmission chains,band saw blades and paper sheets during processing. Vibration of such systems is generallyundesirable. The traveling tensioned Euler-Bernoulli beam is the pr…     

Combination,principal parametric and internal resonances of an accelerating beam under two frequency parametric excitation

This study analyses the nonlinear transverse vibration of an axially moving beam subject to two frequency excitation. Focus has been made on simultaneous resonant cases i.e. principal parametric resonance of first mode and combination parametric resonance of additive type involving first two modes in presence of internal resonance. By adopting the direct method of multiple scales, the governing nonlinear integro-partial differential equation for transverse motion is reduced to a set of nonlinear first order ordinary partial differential equations which are solved either by means of continuation algorithm or via direct time integration. Specifically, the frequency response plots and amplitude curves, their stability and bifurcation are obtained using continuation algorithm. Numerical results reveal the rich and interesting nonlinear phenomena that have not been presented in the existent literature on the nonlinear dynamics of axially moving systems.     

Dynamic models of axially moving systems: A review

Nonlinear Dynamics - In this paper, a detailed review on the dynamics of axially moving systems is presented. Over the past 60 years, vibration control of axially moving systems has attracted...