两空间耦合下齿轮传动系统多稳态特性研究

通过将系统参数定义为参数变量, 构成参数空间,研究齿轮传动系统在参数空间和状态空间耦合下的非线性全局动力学特性,以及多参数、多初值和多稳态行为之间的关联特性.首先设计了一个两空间耦合下非线性系统多稳态行为的计算和辨识方法.其次,基于该方法并结合相图、Poincaré映射图、分岔图、最大Lyapunov指数、吸引域等,研究齿轮传动系统在不同参数平面上多稳态行为的存在区域和分布特性,以及多稳态行为在状态平面上的分布特性,揭示了参数平面和状态平面上系统可能隐藏的多稳态行为和分岔,并分析了多稳态行为的形成机理. 结果发现,两空间耦合下系统在参数平面上存在大量多稳态行为并呈     

压电式微滴按需喷射的过程控制和规律

微滴喷射增材制造技术中沉积微滴的大小与均匀性是影响成型件质量的关键因素.本文设计了一种用于生成均匀微滴的压电驱动式微滴喷射装置,通过压电材料带动柔性膜片振动,将液体从喷嘴中喷出生成微滴,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了不同控制参数下膜片振幅及其对生成微滴尺寸和均匀性的影响.研究结果表明:膜片振幅大小受到驱动电压和压电频率的共同影响,压电频率是导致膜片中心点振幅实验测量值小于理论计算值的主要原因,膜片振动会导致喷嘴内部压力发生变化从而影响微滴生成尺寸.在相同驱动电压条件下,压电频率为10 Hz时存在压电膜片振幅最大值.随着膜片振幅的增大,喷孔处液体速度和液柱长度增大到临界值时可以生成微滴,当喷孔处的液柱长度超过临界值时,会形成卫星液滴. 当膜片振幅区间在30 $mu$m$sim $42 $mu $m可以稳定生成微滴,生成最小微滴尺寸为339.8$mu$m,直径最大变化率为0.29%,相邻两微滴间距最大变化率为2.67%,生成微滴的尺寸及均匀性较好.研究结果有助于提高压电式微滴喷射装置的液滴生成质量.      

压电式微滴按需喷射的过程控制和规律

微滴喷射增材制造技术中沉积微滴的大小与均匀性是影响成型件质量的关键因素.本文设计了一种用于生成均匀微滴的压电驱动式微滴喷射装置,通过压电材料带动柔性膜片振动,将液体从喷嘴中喷出生成微滴,采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了不同控制参数下膜片振幅及其对生成微滴尺寸和均匀性的影响.研究结果表明：膜片振幅大小受到驱动电压和压电频率的共同影响,压电频率是导致膜片中心点振幅实验测量值小于理论计算值的主要原因,膜片振动会导致喷嘴内部压力发生变化从而影响微滴生成尺寸.在相同驱动电压条件下,压电频率为10 Hz时存在压电膜片振幅最大值.随着膜片振幅的增大,喷孔处液体速度和液柱长度增大到临界值时可以生成微滴,当喷孔处的液柱长度超过临界值时,会形成卫星液滴. 当膜片振幅区间在30 $mu$m$sim $42 $mu $m可以稳定生成微滴,生成最小微滴尺寸为339.8$mu$m,直径最大变化率为0.29%,相邻两微滴间距最大变化率为2.67%,生成微滴的尺寸及均匀性较好.研究结果有助于提高压电式微滴喷射装置的液滴生成质量.     

考虑多因素的减速器齿轮传动系统非线性动力学特性研究

为研究外界激励和系统自身参数对减速器传动系统稳定性的影响,基于Hertz接触理论和分形理论,综合考虑接触动载荷、等效接触黏性阻尼、时变啮合刚度以及齿侧间隙啮合误差等因素,建立减速器齿轮副系统非线性动力学模型,分析齿侧间隙啮合误差幅值、时变啮合刚度等因素对系统出现混沌运动临界条件的影响规律,通过仿真获取时间历程图、幅值谱图、相图和Poincaré截面图并进行分析.结果表明:控制参数f和η发生变化时,系统经历单倍周期运动、多倍周期运动和混沌运动三种不同的运动状态;齿侧间隙啮合误差幅值选取较大时,系统可能会提前进入混沌状态;系统时变啮合刚度选取较大时,会导致系统的混沌运动提前发生,当时变啮合刚度进一步增大时,系统会从混沌运动激变到单倍周期的稳定运动.     

参数激励下静电驱动微机电系统动力特性研究

充分考虑压膜阻尼效应的影响,提出参数激励下时变电容式静电驱动微机电系统的动力学模型,采用谐波平衡法分析在参数激励和强迫激励耦合作用下系统的幅频响应特性,探讨不同控制电压和频率比对系统幅频响应的影响,分别以交流电压幅值、频率比和压膜阻尼比为控制参数研究系统的非线性动力特性,结果表明,微尺度下静电驱动微机电系统在参数激励作用下存在较为丰富的分岔与混沌行为,压膜阻尼效应对系统动力特性的影响不可忽视.      

高速轧机工作界面非稳态混合润滑过程多因素耦合辊缝力学特性研究

综合运用摩擦润滑理论、流体力学理论、轧制理论,建立了考虑动态辊缝非稳态润滑过程多因素耦合轧制界面力学模型.该模型综合运用了基于非稳态润滑过程的界面摩擦模型、工作辊运动模型、辊缝应力分布模型构成的界面薄膜约束多因素耦合模型.系统分析了非稳态混合润滑状态下,当压下率和表面粗糙度为定值时不同时刻工作区压应力和摩擦应力的分布情况,以及压下率为定值时工作区压应力、摩擦应力随表面粗糙度和后张应力变化的情况.结果表明:在压下率和表面粗糙度为定值时,当具有较大的后张应力时,工作区压应力和摩擦应力却较低,同时压应力梯度和摩擦应力梯度也相当小,摩擦应力在入口和出口边缘处达到最大,当后张应力减小时,辊缝间压应力和摩擦应力增加,压应力梯度和摩擦应力梯度较大;在压下率为定值而表面粗糙度为变量时,当后张应力较大时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响非常大,辊缝间压应力和摩擦应力随着表面粗糙度的增加而增加,当后张应力较小时,表面粗糙度对工作区中的压应力和摩擦应力影响不太明显.     

参数激励下静电驱动MEMS共振传感器的非线性动力特性研究

静电驱动微机电系统(MEMS)共振传感器因其结构简单、应用广泛等优点引起了研究人员广泛的关注,共振传感器件耦合系统在非线性静电力、压膜阻尼、参数激励下呈现出较复杂的非线性振动、不稳定性、分岔与混沌行为.提出参数激励作用下静电驱动微机电系统中梁式微结构共振传感器的动力学模型,采用多尺度方法对微系统的动力学方程进行摄动分析,探讨直流偏置电压、压膜阻尼和交流激励电压幅值对系统频率响应、共振频率的影响规律,结果表明:直流偏置电压和交流电压幅值都具有软化效应,且使共振频率漂移到较小的数值范围,压膜阻尼对共振频率的影响较小,但是增大压膜阻尼会使稳态振幅的峰值明显下降,为静电驱动微机电系统共振传感器的动力学分析与设计提供参考.     

空间模式下可压缩气固两相混合层流动特性研究

采用Euler-Lagrange颗粒-轨道双向耦合模型对空间模式下含有固粒的二维可压缩混合层流场进行了研究。气相流场采用具有空间三阶精度的WNND格式进行数值模拟,固相方程采用单边三点差分离散。在考虑流场对固粒作用的同时,也计及了固粒对流场的反作用。在对流马赫数为0.5时,研究了颗粒相对密度、颗粒尺寸、Stokes数等因素对粒子运动和流场结构的影响。研究结果表明:在可压缩空间模式混合层中,固粒的Stokes数仍然是主要影响参数之一;相同Stokes数下不同密度的固粒对流场的干扰不同,轻固粒对流场的干扰明显要小。     

一类新型仿生起竖结构设计及其动力学分析

由于生物能够通过丰富的运动形式完成特定的任务, 仿生设计方法受到了学者们的广泛关注. 蚯蚓在各种环境中具有出色的移动能力和适应性, 受此启发, 仿蠕虫机器人被提出并应用在搜救、医疗等领域. 然而现有的仿蠕虫机器人一般通过体节的轴向变形实现直线运动, 无法实现类似蛇类生物的起竖功能. 为了解决现有的仿蠕虫机器人无法起竖的问题, 本文提出了一种具有非线性多稳态性质的仿生柔性关节, 并在此基础上构建了多节仿生起竖结构以实现类似尺蠖、蛇等生物的起竖功能. 首先, 本文提出了一种仿生起竖关节模型, 推导了多节仿生起竖结构的总势能表达式, 从而建立了多节仿生起竖结构的动力学模型; 随后, 基于多节仿生起竖结构总势能的表达式和多元函数极值原理, 提出了实现需求起竖构型的结构参数设计准则, 利用动力学模型验证了结构参数设计准则的有效性, 并研究了需求构型的触发条件; 最后, 针对不同起竖节数的设计需求, 设计了相应节数的仿生起竖结构. 研究结果表明, 结构参数设计准则能够使得多节仿生起竖结构达到需求的仿生起竖构型, 并在需求构型处保持稳定平衡; 此外, 定义了初始激励与起竖构型的比例系数单调性变量, 并基于仿生起竖结构不同稳态的吸引盆揭示了上述变量构成的构型触发准则, 这为仿生起竖结构的构型切换提供了理论依据. 本文提出的仿生起竖结构对仿蠕虫机器人的功能拓展具有参考价值和指导意义, 也是对仿生设计理论的进一步完善.

     

Influence of Initial Conditions on the Postcritical Behavior of a Nonlinear Aeroelastic System

The behavior of a nonlinear, non-Hamiltonian system in the postcritical (flutter) domain is studied with special attention to the influence of initial conditions on the properties of attractors situated at a certain point of the control parameter space. As a prototype system, an elastic panel is considered that is subjected to a combination of supersonic gas flow and quasistatic loading in the middle surface. A two natural modes approximation, resulting in a four-dimensional phase space and several control parameters is considered in detail. For two fixed points in the control parameter space, several plane sections of the four-dimensional space of initial conditions are presented and the asymptotic behavior of the final stationary responses are identified. Amongst the latter there are stable periodic orbits, both symmetric and asymmetric with respect to the origin, as well as chaotic attractors. The mosaic structure of the attraction basins is observed. In particular, it is shown that even for neighboring initial conditions can result in distinctly different nonstationary responses asymptotically approach quite different types of attractors. A number of closely neighboring periodic attractors are observed, separated by Hopf bifurcations. Periodic attractors also are observed under special initial conditions in the domains where chaotic behavior is usually expected.     

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.     

振动摩擦机理及其非线性动力学特性

本文揭示了振动工况下散体物料的振动摩擦机理,给出了振动参数与土壤内摩擦力的关系曲线,并用数值试验方法模拟了复杂的振动摩擦压实过程,分别给出了振频和振幅对土壤孔隙比和轴向应力均值的关系曲线,验证了振动压实减摩机理的正确性.结果表明:松散物料在振动工况下,其颗粒间的摩擦力由静摩擦力转变为动摩擦力,随着振频和振幅的增加,摩擦阻力减小,从而土的内摩擦力减小,并且存在最优的振动强度使土壤在振动压实过程中的内摩擦力最小.建立了基于振动压路机的振动摩擦系统非线性动力学模型,利用渐进法得到了振动压实过程的共振响应和非共振响应.     

Nonlinear normal modes and their superposition in a two degrees of freedom asymmetric system with cubic nonlinearities

This paper investigates nonlinear normal modes and their superposition in a two degrees of freedom asymmetric system with cubic nonlinearities for all nonsingular conditions, based on the invariant subspace in nonlinear normal modes for the nonlinear equations of motion. The focus of attention is to consider relation between the validity of superposition and the static bifurcation of modal dynamics. The numerical results show that the validity has something to do not only with its local restriction, but also with the static bifurcation of modal dynamics. Project Supported by the National Natural Science Foundation and PSF of China     

核磁共振仪受环境随机激励的非线性隔离与参数优化

本文针对核磁共振仪的隔离问题,提取非线性随机振动理论模型,在FPK方程中对系统的参数进行了优化,用统计线性化方法计算响应;用非线性隔离系统传递率的定义计算隔振效果,最后对隔离装置进行了实验分析和信号处理,并对理论计算与实验结果进行了对比.     

Singular Characteristics of Nonlinear Normal Modes in a Two Degrees of Freedom Asymmetric Systems with Cubic Nonlinearities

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｍｏｄｅｒｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｙｎａｍｉｃｓｈａｖｅｇｒｅａｔｌｙｐｒｏｍｏｔｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｃｉｅｎｃｅ.ＴｈｅｓｅｉｎｃｌｕｄｅＬ＿Ｓｒｅｄｕｃｅ[1],ｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｙｔｈｅｏｒｙ[2 ],ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ[3 ],Ｍｅｌｎｉｋｏｖｆｕｎｃｔｉｏｎ[4 ],Ｃ＿Ｌｍｅｔｈｏｄ[5 ]ａｎｄｃｅｎｔｅｒｍａｎｉｆｏｌｄ[6],ｅｔｃ .Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅ…     

车辆-桥梁耦合作用分析

文章通过拉氏方程,在时变动力学的基础上,建立车-桥耦合振动的系统方程.重点探讨了车的质量、车速、刚度、阻尼比、桥跨、桥的阻尼比,桥面粗糙程度等参数在车-桥耦合振动中的作用.其中车速、车的刚度、桥的形式、桥的阻尼起着重要作用.文中还比较了把车辆分别模拟为移动力、移动刚体、移动的弹性体时车-桥互相作用力的差别,得出有必要将车辆模拟为移动的弹性体,以减小分析高速车辆所引起的互相作用力的误差.并考虑了车-桥耦合振动中行驶车辆的转动效应,虽然它的影响是很小的;还尝试性的讨论了桥上行车舒适度的问题,车的阻尼起着很重要的作用.