研究强非线性振动问题的最简规范形方法

提出了一种应用最简规范形理论研究强非线性振动问题稳态渐近解的方法.最简规范形理论可以有效地化简传统规范形中的高阶项成分,复规范形方法的特点是简化矩阵分析的繁杂性,引入待定瞬时固有频率法则是将规范形理论的适用范围拓展至用于获取强非线性振动问题的稳态渐近解.结合上述特点,本文的改进方法克服了原有待定瞬时固有频率法在处理高阶传统规范形问题上遇到的计算复杂性问题.数值结果也表明本文方法更为简便、有效且具有更高的计算精度.     

计算非线性振动系统高阶渐近解的Normal Form方法

利用非线性振动理论，计算非一笥振动系统的高阶渐近解，从理论上讲无任何障碍，但由于计算工作需要进行积分等十分繁琐冗长的运算，使得人们只能非线性振动系统的一阶和二阶近似，而为了研究在退化情况下，非线性动力系统的复杂动力学行为、分岔特性，必须计算该系统的高阶近似解，本文给出了一种Ｎｏｒｍａｌ Ｆｏｒｍ方法计算高阶渐近解的实用方法，利用这种方法可非常方便地计算出非线性振动系统的七阶近似解。     

多自由度非线性振动系统的新解法及其在分析机车蛇行运动中之应用

本文维广了非线性振动系统的KB渐近解法,并提出了新的线性化方法。将本文方法用于研究机车蛇行运动的稳定性问题,得到了机车实际存在的许多易变和复杂参数对横向稳定性的影响规律,找到了影响稳定性的敏感因素和结构设计上的缺陷,为改进机车运动稳定性提供了措施和依据,所得理论结果与实验相符。本文还研究了机车的Hopf分叉现象,用摄动法证明分叉的存在性并给出构解和判稳方法,从而揭示分叉解与分叉参数的重要关系。     

旋转振动圆柱绕流周期解和Floquet稳定性

对低雷诺数旋转振动圆柱绕流问题运用低维Galerkin方法将N－S方程约化为一组非线性常微分方程组。运用打靶法数值求解了这组方程的周期解,并用Tloquet理论对周期解的稳定性进行了分析,确定了流动失稳的机制。     

连结子结构与自由界面模态综合法在非线性动力分析中的应用

本文提出了一种由线性连接元和非线性连接元组成的连接子结构，并将这种连接子结构用于自由界面的模态综合技术。利用非线性振动理论的渐近方法，求得经模态综合法降维后系统方程的近似解析解。从而将具有连接子结构的自由界面的模态综合技术推广应用到具有局部非线性的复杂结构系统的动力分析，为利用非线性振动理论的渐近方法及动力系统理论进一步研究高维非线性动力学系统的振动特性、分岔及混沌行为创造了一种新的途径。算例表明，该方法具有足够的精度。     

一类非线性非自治系统周期解的存在唯一性及其稳定性

本文利用Liapunov函数方法，研究了一类最普遍的三阶非线性非自治系统的周期解的存在唯一性与渐近稳定性，得到了存在唯一渐近稳定的周期解的充分条件。     

基于多项式约束的三角平动点平面周期轨道设计方法

平动点是圆型限制性三体问题中的五个平衡解.其中,三角平动点在平面问题中具有"中心×中心"的动力学特性,其附近存在着大量的周期轨道,研究这些周期轨道的构建方法在深空探测中具有理论及工程意义.本文从振动角度分析周期轨道,通过多项式展开法构建出主坐标下周期轨道两个运动方向之间的渐近关系.从新的角度分析了系统的动力学特性和平面周期运动两个方向内在关联以及物理规律.这种多项式形式的关系式,可以作为约束条件用于数值微分修正算法中,通过迭代的方式寻找周期轨道.数值仿真算例验证了方法的正确性及精确性.文章从振动的角度对周期轨道进行分析,改进了微分修正算法.提出的方法可以被拓展至圆型/椭圆型限制性三体问题的三维周期轨道构建中.     

基于可观测状态的轴承-转子系统周期解计算及稳定性分析

分析了轴承-转子系统的稳定性和分岔,基于系统可观测状态信息给出1种求解系统周期解及识别周期解稳定性的方法,同时将该方法与Floquet理论相结合分析系统周期解的稳定性及失稳分岔形式,将转速作为分岔参数分析系统响应的周期、拟周期、多解共存和跳跃现象.结果表明,采用该方法计算系统周期解及稳定性时,利用系统可观测稳态和瞬态信息,即可求解出系统Jacobian矩阵而无需实时求解轴承非线性油膜力的Jacobian矩阵.与传统PNF方法相比,该方法不仅具有很高的精度而且可以节约计算量,同时可以预测追踪随控制参数变化的系统周期解及其稳定性,可用于指导轴承-转子系统的非线性动力学设计.     

强非线性振动系统求解的两种解析方法

本文给出了拟保守系统的渐近解,该解是在非线性解的基础上的摄动解,因而可求解强非线性振动系统。文中利用此解研究了具有强非对称恢复力项的Liénard方程的极限环问题,给出了各种特殊情况下该方程的极限环幅值的计算公式,并讨论了非线性恢复力项对极限环的影响。此外,本文提出了一种改进的谐波平衡法,该方法是谐波平衡法与伽辽金方法结合的产物。     

求解非线性振动周期解的参数延续打靶法

高维非线性振动系统复杂周期解的计算是非线性的研究难点之一,传统解析方法求解过程复杂,局部延拓打靶法会在转折点处失效,限制了非线性理论在工程中的应用。本文将同伦延拓的思想和打靶法结合,形成参数延续打靶法,利用切向预估和垂直于切向的超平面的牛顿校正,使得打靶法在求解过程中顺利通过转折点。最后利用含外激励和阻尼的Duffing方程、转子系统碰摩两个算例,通过与谐波平衡法、龙格-库塔法结果的对比,说明本方法合理有效,且能够用于分析参数大范围变化时系统周期解的全局行为。     

基于多项式约束的三角平动点平面周期轨道设计方法1）

平动点是圆型限制性三体问题中的五个平衡解.其中,三角平动点在平面问题中具有“中心×中心”的动力学特性,其附近存在着大量的周期轨道,研究这些周期轨道的构建方法在深空探测中具有理论及工程意义.本文从振动角度分析周期轨道,通过多项式展开法构建出主坐标下周期轨道两个运动方向之间的渐近关系.从新的角度分析了系统的动力学特性和平面周期运动两个方向内在关联以及物理规律.这种多项式形式的关系式,可以作为约束条件用于数值微分修正算法中,通过迭代的方式寻找周期轨道.数值仿真算例验证了方法的正确性及精确性.文章从振动的角度对周期轨道进行分析,改进了微分修正算法.提出的方法可以被拓展至圆型/椭圆型限制性三体问题的三维周期轨道构建中.     

Orr-Sommerfeld方程的数值解法

研究平行流动或近似平行流动,例如平面Poiseuille流及边界层流动的稳定性问题时,若采用线化小扰动理论,则最后归结为解Orr-Sommerfeld方程的特征值问题。对非线性理论来说,只要是弱非线性理论,一般也要顺序解一串Orr-Sommerfeld方程(齐次的或非齐次的)。因此解Orr-Sommerfeld方程,是研究平行或近似平行流动稳定性问题时必然要遇到的问题。在50年代以前,主要利用渐近法求Orr-Sommerfeld方程的特征值,但一般不能      

一类强非线性机械基础系统的亚谐振动解析解

建立了机械基础动力系统的强非线性动力学模型，利用能量法对该系统的周期解进行了解析研究，确定了系统动态参数满足周期解的条件、系统的周期解以及解的稳定性判别式。发现了亚谐振动，并给出了系统在满足周期解条件下的一组参数对应的主振动、1／3亚谐振动和1／5亚谐振动。最后利用数值积分方法计算了系统在给定条件下的主振动及亚谐振动解，考察了解析解的正确性。     

凸肩叶片的非线性振动特性与运动分岔

以凸肩叶片作为研究模型, 建立了考虑凸肩摩擦力, 几何大变形与阻尼的非线性振动方程.采用Galerkin法对振动方程离散化, 应用平均法对离散后模态方程组的非线性响应进行解析分析, 得到了非线性幅频特性曲线, 与数值解比较验证了解析解, 并讨论了系统周期解的稳定性. 用非线性振动理论详细研究了平均方程组的运动分岔现象, 揭示了平均方程组周期解的变化过程及其具有的非线性动力学性质. 解析结果表明, 凸肩之间的摩擦对系统第二阶非线性振动特性影响很大. 由于凸肩之间摩擦力方向的不断改变, 系统第二阶非线性幅频特性曲线不连续, 出现两个共振频域. 随着时间的推移, 系统振动的幅值会以$T/ 4$为周期在两个频域的幅频曲线上来回跳动, 这会使叶片的振动响应大幅降低.      

变厚度圆板的非线性强迫振动

本文研究了厚度呈幂指数规律变化的变厚度圆饭的非线性强迫振动问题。文中首先用半解析法求解了动态Von Ka＇rma＇n大变形方程,导出了周期均布荷载作用下轴对称变厚度薄圆板的非线性强迫振动微分方程。然后用小参数摄动法求解了振动方程,得到了非线性的非共振周期解和共振周期解。绘制了振幅——频率关系图。     

强非线性动力系统周期解分析

给出一类强非线性动力系统周期解存在性，唯一性和稳定性的简易差别法以及周期解的摄动法。本差别法把问题归结为干扰力在相应的未扰系统振动周期上的功函数及其导数的讨论，其限制条件比现有结果弱。本摄动法可以认为是经典Ｌｉｎｄｓｔｅｄｔ－Ｐｏｉｎｃａｒｅ（Ｌ－Ｐ）法在强非线性振动系统的推广。它与Ｌ－Ｐ法的主要区别在于假设系统的振动频率为相角的非线性函数。     

功能梯度矩形板的非线性自由振动

研究了功能梯度矩形薄板的非线性自由振动问题.采用幂律分布规律描述功能梯度材料沿厚度的梯度性质,基于von Kámán理论,建立了功能梯度薄板的非线性振动控制方程.应用Bubnov-Galerkin法得到了功能梯度矩形薄板的单模态非线性振动的时域常微分方程,借助其势能函数分析了系统的周期振动状态.采用Lindstedt-Poincaré法和Runge-Kutta法分别获得了功能梯度矩形薄板单模态非线性周期振动的摄动解和数值解.研究表明:功能梯度薄板非线性振动控制方程中包含表征拉弯耦合效应的控制项,这导致其常微分方程中出现二次项;系统振幅在板横向的正负两个方向上是不相等的,其振动存在关于板中面的不对称性.     

分段线性耦合动力系统的周期解及稳定性分析

以某货车的主副钢板弹簧悬架为模型建立两自由度分段线性和轮胎非线性耦合动力学方程,采用打靶法求耦舍系统的周期解;将所得结果与近似解析法分析的结果进行比较,并利用Floquet理论判断周期解的稳定性。研究结果表明：当激励频率在等效固有频率附近时系统的周期解不稳定,其Floquet乘数的模大于1,系统振动剧烈,KBM法得到的周期解将产生较大误差;当路面工况突然发生改变或路面工况不变而载重发生较大变化时都有可能发生舅毡跃现象,造成系统的不稳定;周期解的长期时域图和Floquet理论验证了这一现象;     

电活性聚合物圆柱壳静态与动态电压下的响应及稳定性

摘要：在电活性聚合物圆柱壳内外表面施加电压,圆柱壳会变薄并且伸长,因此相同的电压会在圆柱壳内产生更大的电场。这个正反馈可能使圆柱壳厚度不断变薄,最终导致其失稳破坏。本文研究了电活性聚合物圆柱壳在静态和周期电压作用下的响应及稳定性问题。采用neo-Hookean材料模型得到描述圆柱壳表面运动的非线性常微分方程。给出了圆柱壳在不同厚度和边界条件下外加电压随圆柱壳变形的变化曲线,结果表明存在一个临界电压,当外加电压大于这一临界值时,圆柱壳将被破坏。同时,也讨论了厚度和边界条件对临界电压的影响。圆柱壳在正弦周期电压作用下,其运动随时间的变化是周期性的或拟周期性的非线性振动。给出了圆柱壳振动固有频率的计算结果,采用打靶法得到圆柱壳振动的周期解,并且用数值法研究了周期解的稳定性。采用数值仿真得到圆柱壳振动振幅随外加动态电压激励频率的变化曲线,结果表明圆柱壳会发生多频共振,共振时圆柱壳振幅发生跳跃,导致圆柱壳失稳破坏。最后给出共振点临近点的振动曲线和相图,并对其振动特性进行讨论。     

悬索在外激励作用下的1∶3内共振分析(II)∶数值结果

本研究的第一部分已经推导了悬索在第一阶面内对称模态主共振和第三阶面内对称模态主共振下的平均方程,其中考虑了这两阶模态之间1∶3内共振。本文对平均方程的稳态解、周期解以及混沌解进行了研究。利用Newton-Naphson方法和拟弧长的延拓算法确定了主共振情况下的幅频响应曲线,通过利用Jacobian矩阵的特征值判断幅频响应曲线中解的稳定性。在这些幅频响应曲线中,都存在超临界Hopf分叉,导致平均方程的周期解。以这些超临界Hopf分叉为起点,利用打靶法和拟弧长的延拓算法确定了两种主共振情况下的周期解分支,同时通过利用Floquet理论判断这些周期解的稳定性。然后利用数值结果研究了两种主共振情况下的周期解经过倍周期分叉通向混沌的过程。最后利用Runge-Kutta法研究了悬索两自由度离散模型的非线性响应。