受扰细杆的Melnikov分析

研究了计入Peierls-Nabarro (P-N)力和固体黏性效应的一维金属杆在简谐外力扰动下的动力响应，其位移波的运动规律是Sine-Gordon (SG) 型方程. 采用集结坐标 (collective coordinate)将方程的解设为未扰系统呼吸子解的形式，研究扰动作用下，组成呼吸子的扭结-反扭结波的中心的分离. 通过用集结坐标表示系统的哈密顿量，从而将SG型方程转化为常微分方程组. 分析了未扰系统的异宿轨道，并将之用于Melnikov方法对系统进行分析，给出横截异宿点出现的必要条件，从而预测混沌运动的发生.     

初始呼吸子对Sine-Gordon系统动力行为的影响

研究了简谐外力扰动下,计入Peierls-Nabarro力和固体粘性效应,在Neumarm边界条件下杆的运动,这个运动可以用Sine-Gordon型方程来模拟．通过有限差分将无穷维的Sine-Gordon型系统近似为有限维系统．当外力的幅值和初始条件中呼吸子的相位发生变化时,系统的解呈现出丰富的空间结构和时间行为,对于一定的外力幅值和相位,系统具有混沌解．发现初始呼吸子的相位也是影响系统运动状态的重要因素。     

考虑耗散效应的金属杆受扰动后的非线性动力学现象分析

研究在周期外载荷作用及Neumann边界条件下,考虑Peierls-Nabarro效应的有限长一维金属杆的运动,以位移表达杆的控制方程,是受扰动的类sine-Gordon方程．利用空间四阶精度,时间二阶精度的有限差分格式模拟系统的动力响应．对于一定特征尺寸及物理性质的金属杆,研究了初始呼吸子及周期载荷幅值对杆动力行为的影响,结果显示了4种典型的动力行为:与空间位置无关的简谐运动、单波的简谐运动、单波的准周期运动和单空间模态的时间混沌运动．通过Poincaré截面和功率谱确定系统的运动特征．     

ANALYSIS OF BREATHER STATE IN THIN BAR BY USING COLLECTIVE COORDINATE

Considering Peierls-Nabarro (P-N) force and viscous effect of material, the dynamic behavior of one-dimensional infinite metallic thin bar subjected to axially periodic load is investigated. Governing equation, which is sine-Gordon type equation, is derived. By means of collective-coordinates, the partial equation can be reduced to ordinary differential dynamical system to describe motion of breather. Nonlinear dynamic analysis shows that the amplitude and frequency of P-N force would influence positions of hyperbolic saddle points and change subharmonic bifurcation point, while the path to chaos through odd subharmonic bifurcations remains. Several examples are taken to indicate the effects of amplitude and period of P-N force on the dynamical response of the bar. The simulation states that the area of chaos is half-infinite. This area increases along with enhancement of the amplitude of P-N force. And the frequency of P-N force has similar influence on the system.     

玄武岩纤维缠绕成型管道的损伤及承载能力研究

玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced composite, BFRP)具有耐腐蚀性强、比强度高、环保等优点,正确评价BFRP管道性能的可靠性和承载能力是将其应用于高附加值的油气输送领域的基础。对于玄武岩纤维(basalt fiber, BF)缠绕成型的复合材料管道,首先在细观尺度上获得浸胶纤维束的强度。然后,沿着管道的轴向和环向分别截取试件,测量了两种试件的拉伸强度;基于试验结果和有限元模拟,研究了管壁结构层在拉伸、压缩以及剪切载荷作用下的损伤演化,得到结构层的宏观本构模型。最后,建立了BF缠绕成型管道的有限元模型,研究纤维性能离散对管道承载能力的影响。结果表明,纤维有效含量对管道承载能力的影响很大,从纤维生产和管道成型工艺等方面降低纤维增强作用的离散性对于准确预测管道的承载可靠性,推动BF复合材料在油气管道领域的应用至关重要。     

NONLINEAR COMPLEX DYNAMIC PHENOMENA OF THE PERTURBED METALLIC BAR CONSIDERING DISSIPATING EFFECT

IntroductionTotheweaklydamped ,periodicallyforcedsine_Gordonequation ,A .R .Bishop[1～ 3]analyzeditssolutionunderperiodicboundaryconditionandconcludedthatitssolutionwouldshowdifferentspatialstructuresandlong_timeasymptoticstatesalongwiththevariationofpara…     

螺杆钻具传动轴接头表面裂纹断裂性能研究

以螺杆钻具的作业载荷为依据,对传动轴上端接头螺纹进行断裂性能研究。首先,通过强度分析,确定接头螺纹易发生断裂的危险位置;然后,考虑材料的弹塑性以及螺纹升角,建立螺纹根部含横向半椭圆表面裂纹的外螺纹接头和相啮合水帽的有限元模型,定量评价弹塑性和螺纹升角对接头断裂性能的影响。结果表明,材料塑性变形和螺纹升角对裂纹前缘J积分的影响较大,忽略这两个因素得到的结果偏于不安全。最后,利用所建立的弹塑性有限元模型,对于上扣预紧力单独作用以及上扣预紧力和工作扭矩共同作用的两种载荷条件,得到螺纹根部裂纹前缘的临界形状比及其对应的量纲为一的J积分随裂纹扩展的变化,为进一步研究螺杆钻具传动轴接头螺纹的疲劳寿命提供依据。     

波动钻压下阶梯钻柱系统稳定性研究

处于狭长井筒中的钻柱,其动力响应受到钻具组合、内外钻井液流动以及钻井参数等因素的影响,钻柱动力失稳导致的剧烈振动是井壁坍塌和钻具失效的重要原因。考虑到钻杆和钻铤在刚度和线密度上存在很大的差别,论文将钻柱简化为单阶梯输液管柱,钻井液沿着钻柱内部向下泵入并从环空返回地面。耦合考虑钻柱自重、随时间简谐变化的波动钻压、稳定器以及钻井液的水动力和阻尼力,建立了直井中钻柱横向振动的解析模型。利用有限单元法离散为四阶常微分方程后,采用Bolotin法得到临界频率方程确定系统的不稳定区范围,研究了钻压、钻杆长度、稳定器安装位置、钻井液的流速和密度等参数对系统稳定性影响的机理。研究表明：钻压的平均值和波动幅值都是钻柱失稳的驱动因素,而系统的稳定性对处于受拉状态的钻杆的长度变化不敏感。在论文所研究的参数范围内,降低钻井液流速和密度、下移稳定器的安装位置均有助于增强系统的稳定性。     

用集结坐标法对细杆中呼吸子状态的分析

研究了计入Peierls-Nabarro(P-N)力和材料粘性效应的一维无限长金属杆在简谐外力扰动下的动力响应,导出了类sine-Gordon 型的运动方程．在集结坐标(collective coordinate）下原控制方程可以用常微分动力系统描述,研究系统中呼吸子的运动．根据非线性动力学方法分析,P-N力的幅值和频率的变化将改变双曲鞍点的位置,并改变系统次谐分叉的阈值,但不改变由奇阶次谐分叉通向混沌的路径．通过实例给出了P-N力幅值和P-N力频率对细杆动力响应的详细影响过程,可见混沌发生的区域是一个半无限区域,并随着P-N力的增大而增大．P-N力的频率对系统有类似的影响．