发电机组转子轴承扭振双重共振的理论与实验研究

建立一个具有平方非线性受简谐激励发电机组转了轴系扭振的截断模型,应用非线笥振动的平均法,得到了系统当ω２≈２ω１,Ω≈ω１时双重共振的一次近似解及对应的稳态解,揭示了系统的响应曲线存在跳跃现象。响应曲线随物理参数的不同取值其拓朴结构会发生变化。在内共振欠调谐时,系统的频响应曲线呈软特性;在内共振完全调谐时,频响曲线左、右对称,呈Ｍ型;在内共振过调谐时,频响曲线表现为硬特性,理论分析与实验结果相符。     

RLC串联电路与微梁耦合系统1:2内共振分析

研究电阻电感电容串联电路与微梁耦合系统的非线性振动,应用拉格朗日-麦克斯韦方程,建立受静电激励RLC串联电路与微梁耦合系统的数学模型。根据非线性振动的多尺度法,得到了在内共振ω2≈2ω1的情况下的近似解,并进行数值计算,得到用椭圆函数表示的解析解。计算结果表明,在无阻尼情况下,振动和能量在两个态间相互转换,没有能量损失。     

非线性弹性地基上矩形薄板受双频参数激励作用的非线性振动

应用弹性理论和Galerkin方法建立小挠度矩形薄板在非线性弹性地基上受两对均布纵向简谐激励作用的双模态非线性动力学方程。应用多尺度法求得系统满足双频主参数共振条件的一次近似解和对应的定常解,并进行了数值计算。分析了阻尼系数、地基系数、几何参数等对系统双频主参数共振的影响。     

温度场中非线性弹性地基上矩形薄板的主共振-主参数共振

为了研究温度场中非线性地基上矩形薄板受简谐激励的主共振-主参数共振问题,应用弹性力学理论建立其动力学方程,应用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程.利用非线性振动的多尺度分析方法求得系统主共振-主参数共振的近似解,并进行数值计算.分析温度、地基系数、阻尼、几何参数、激励等对系统主共振-主参数共振的影响.得到了随参数变化响应曲线的变化规律.     

Duffing系统的主--亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.     

Duffing 系统的主-亚谐联合共振

以Duffing系统为研究对象,研究在多频激励下同时发生主共振和1/3次亚谐共振的动力学行为与稳定性.首先,通过多尺度法得到系统的近似解析解,利用数值方法检验近似程度,结果吻合良好,证明了求解过程和解析解的正确性.然后,从解析解中导出稳态响应的幅频方程和相频方程,从幅频曲线以及相频曲线中发现系统最多存在7个不同的周期解,这种多解现象可用于对系统状态进行切换.基于Lyapunov稳定性理论,得到联合共振定常解的稳定条件,利用该条件分析了系统的稳定性,并与Duffing系统的主共振和1/3次亚谐共振单独存在时比较.最后,通过数值方法分析了非线性项和外激励对系统动力学行为与稳定性的影响,发现了联合共振特有的现象:刚度软化时,非线性项不仅影响系统的响应幅值,同时还影响系统的多值性和稳定性;刚度硬化时,非线性项对系统的影响与单一频率下主共振和1/3次亚谐共振类似,仅影响系统的响应幅值.这些结果对Duffing系统动力学特性的研究具有重要意义.      

平方非线性振动系统1／2亚谐解的分析

采用二次近似的平均法，利用maple和matlab编制程序，对一类具有平方非线性的受迫振动系统进行了研究。得到该类系统主共振和1／2亚谐共振时的性态，研究发现对于二次非线性的系统只有采用二次近似才能得到较好的结果，并将该结果与数值积分的结果比较，发现所用的设解形式及二次近似均能较好的反映平方非线性项的影响。另外，研究还发现只有在一定的参数范围内才存在1／2亚谐解。本文的研究方法对分析非对称振动系统有一定参考价值。     

双稳系统随机共振数值仿真中信号的过采样

数值仿真方法是非线性双稳系统随机共振研究中经常使用的方法。研究中发现，随机共振数值仿真时需要对信号过采样。但过采样的内在机制是什么，已有研究未能给出解释。通过对双稳系统数值仿真模型的稳定性进行分析，给出了系统的稳定性条件，解释了需要对信号过采样的原因。在此基础，已进行了数值仿真试验，数值仿真结果与理论分析结果相一致，为双稳随机共振系统数值仿真研究时的参数选择提供了依据。     

滚动轴承-偏置转子系统动力特性数值分析与实验研究

应用有限元法建立偏置转子的计算模型,采用考虑轴承Hertzian接触力和内间隙等非线性因素的二自由度滚动轴承模型,建立了滚动轴承-偏置转子系统的非线性动力学模型.通过数值仿真和实验研究分析了转子系统的非线性动力特性.实验数据和有限元模型计算结果是一致的,证实了所建立滚动轴承-转子系统非线性模型的合理性.发现由于滚动轴承非线性因素的影响,当转速达到系统共振转速的两倍附近时,激起了系统亚谐共振.     

含万向铰偏斜旋转轴的组合共振及其稳定性分析

基于欧拉方程推导出了含万向铰偏斜旋转轴的横向振动模型,利用多尺度方法对该模型进行求解,得出了该偏斜系统可能出现的多种共振模式,进而对含万向铰偏斜轴系横向振动和型组合共振、差型组合共振进行稳定性分析,并对该类偏斜系统横向振动和型组合共振响应进行数值计算与仿真,检验所得稳定性理论分析结果。研究表明:对于和型组合共振而言,其稳定性边界与输入扭矩T0、支撑轴承安装位置l、轴承刚度Kx2和Ky2等因素有关;当轴承安装位置距万向铰中心较近或者轴承弹簧刚度系数较小时,系统在频率(ω10+ω20)/2附近产生和型组合共振的区域减小,即能够抑制系统和型组合共振的产生。该研究可为偏斜轴系振动与噪声抑制提供理论支持。     

Multi-layer analytic solution for k-ω model equations via a symmetry approach

Despite being one of the oldest and most widely-used turbulence models in engineering computational fluid dynamics (CFD), the k-ω model has not been fully understood theoretically because of its high nonlinearity and complex model parameter setting. Here, a multi-layer analytic expression is postulated for two lengths (stress and kinetic energy lengths), yielding an analytic solution for the k-ω model equations in pipe flow. Approximate local balance equations are analyzed to determine the key parameters in the solution, which are shown to be rather close to the empirically-measured values from the numerical solution of the Wilcox k-ω model, and hence the analytic construction is fully validated. The results provide clear evidence that the k-ω model sets in it a multilayer structure, which is similar to but different, in some insignificant details, from the Navier-Stokes (N-S) turbulence. This finding explains why the k-ω model is so popular, especially in computing the near-wall flow. Finally, the analysis is extended to a newly-refined k-ω model called the structural ensemble dynamics (SED) k-ω model, showing that the SED k-ω model has improved the multi-layer structure in the outer flow but preserved the setting of the k-ω model in the inner region.     

几类非线性系统平稳随机响应的概率密度

本文考虑非保守力依赖于系统能量的非线性系统,构造了四类这种系统对白噪声外激与/或参激的平稳响应的精确概率密度,讨论了存在平稳响应的条件。同时指出,迄今为止已有的非线性系统平稳随机响应的精确解皆属本文给出一般结果的特殊情形。最后还给出几个例子说明一般结果。     

DYNAMICAL ANALYSIS ON A KIND OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION WITH TIME DELAY

对一类采用有限相对位移控制的含时滞单自由度半主动悬架系统进行了动力学分析.首先通过平均法得到了该系统的一阶近似解, 然后基于Lyapunov理论建立了系统的稳定性条件, 结果表明近似解的稳态幅值和稳定性条件都是时滞量的周期函数, 并且和外激励具有相同周期.通过对数值解和解析解的幅频曲线进行比较, 验证了一阶近似解析解的准确性, 并且解释了半主动控制中的高频颤振现象.研究了被动悬架系统并且和半主动悬架系统进行了比较, 证实了半主动悬架系统的优越性.最后, 探讨了一些关键的系统参数, 如控制间隙、时滞量、最小阻尼比等对半主动悬架系统稳态幅值的影响.     

分数阶Duffng振子的超谐共振

研究了含分数阶微分项的Duffing振子的超谐共振,通过平均法得到了系统的一阶近似解. 提出了超谐共振时等效线性 阻尼和等效线性刚度的概念,分析了分数阶微分项的系数和阶次对等效线性阻尼和等效线性刚度的影响. 建立了超谐共振解的幅频曲线的解析表达式和稳定性判断准则,对分数阶Duffing振子与传统整数阶Duffing振子的超谐共振解进行了比较. 最后通过数值仿真研究了分数阶微分项的参数对超谐共振幅频曲线的影响.     

A General Solution of the Duffing Equation

In this paper, we describe the application of the elliptic balance method (EBM) to obtain a general solution of the forced, damped Duffing equation by assuming that the modulus of the Jacobian elliptic functions are slowly varying as a function of time. From this solution, the maximum transient and steady-state amplitudes will be determined for large nonlinearities and positive damping. The amplitude–time response curves obtained from our elliptic balance approximate solution are in good agreement with those obtained from the numerical integration solution over the selected time interval.     

上海世博会气象馆平均风压数值模拟研究

采用数值模拟方法对上海世博会气象馆进行了平均风压数值模拟,比较了4种较适合于结构风工程的RNG k-ε,SST-k-ω,SSG-RSM和BSL-RSM湍流物理模型,包括体型系数、表面合力、合力矩及湍动能结果,同时结合风流动特性分析了其规律性和差别的原因,并得到SST-k-ω,BSL-RSM与SSG-RSM模型各有优势,而RNG k-ε模型稍差的结论.最后研究了有无干扰情况下的场馆表面平均风压系数,分析了风干扰的原因.     

基于车身绕流的低雷诺数湍流模型改进研究

本文将汽车绕流模块化为各典型局部流动,通过常用湍流模型对各典型局部流动进行数值模拟,结果验证了湍流模型对转捩的捕捉能力是准确模拟汽车绕流的关键. 在分析汽车绕流分离及转捩机理的基础上,优化了稳态和瞬态求解方法,改进了湍流模型对转捩的预测能力,进而提高了湍流模型在汽车流场模拟上的精度. 针对汽车绕流的稳态问题,将流线曲率因子及 响应阈值引入 LRN $k$-$\varepsilon $ (low Reynolds number $k$-$\varepsilon $) 模型,获得了一种能够更准确预 测转捩的改进低雷诺数湍流模型 (modified LRN $k$-$\varepsilon $),改善了原模型对湍流耗散率的过强依赖性及全应力发展预测不足等问题;针对汽车绕流瞬态求解,通过分析 RANS/LES 混合湍流模型的构造思想及特点,引入约束大涡模拟方法,结合本文提出的改进的 LRN $k$-$\varepsilon $ 湍流模型,提出了一种能准确捕捉转捩现象 的转捩 LRN CLES 模型. 分别将改进的模型用于某实车外流场和风振噪声仿真中,通过 Ansys Fluent 求解器计算,并将计算结果与常用湍流模型的仿真结果、HD-2 风洞试验结果和实车道路实验结果进行对比,表明改进后的湍流模型能够更准确模拟复杂实车的稳态和瞬态特性,为汽车气动特性的研究提供了可靠理论依据及有效数值解决方法.      

Numerical investigation of drag and heat reduction in hypersonic spiked blunt bodies

In this investigation, the effects of spike as retractable drag and aerodynamic heating reduction into the reentry Earth’s atmosphere for hemispherical body flying at hypersonic flow have been numerically studied. This numerical solution has been carried out for different length, shapes and nose configuration of spike. Additional modifications to the tip of the spike are investigated in order to obtain different bow shocks, including no spike, conical, flat and hemispherical aerodisk mounted. Unsteady compressible 3-D Navier–Stokes equations are solved with k ? ω (SST) turbulence model for a flow over a forward facing spike attached to a heat shield for a free stream Mach number of 6. The obtained numerical results are compared with the experimental ones, and the results shows acceptable verification. This analysis shows that the aerodisk is more effective than aerospike. The designs produced 60 and 15 % reduction in drag and wall temperature responses, respectively.