一类二自由度非线性能量阱系统的减振性能分析

研究了包含一类新型二自由度非线性能量阱的机械振动系统.建立非线性系统的运动微分方程,用泰勒级数展开近似表达二级振子所受到的非线性力.运用数值方法对该非线性能量阱的减振性能进行分析.从其结构参数以及初始能量的角度出发,研究其发生靶向能量传递的条件.结果表明:该非线性能量阱可以有效降低主结构的能量,其振动抑制效果明显优于单...     

大气运动非线性稳定性研究中的能量-Casimir方法

介绍使用能量－Ｃａｓｉｍｉｒ方法（Ａｒｎｏｌ＇ｄ方法）研究大气与海洋运动非线性稳定性所取得的若干新进展，建立了适用于有限振幅、任意空间结构扰动的非线性稳定性判据．用初始状态给出了扰动场在任意时刻的上界与下界估计，提供了关于扰动变化性态的有关信息．对该领域理论研究与应用的深化与发展问题也作了讨论．     

大气运动非线性稳定性研究中的能量-Casimir方法

介绍使用能量－Ｃａｓｉｍｉｒ方法（Ａｒｎｏｌ＇ｄ方法）研究大气与海洋运动非线性稳定性所取得的若干新进展,建立了适用于有限振幅、任意空间结构扰动的非线性稳定性判据．用初始状态给出了扰动场在任意时刻的上界与下界估计,提供了关于扰动变化性态的有关信息．对该领域理论研究与应用的深化与发展问题也作了讨论．      

聚变等离子体理想动力系统的非线性热不稳定性

本文讨论氖氖聚变等离子体理想动力系统的非线性热不稳定性问题，这个系统与外界有物质与能量交换。采用几何上零维近似的演化方程。对自治系统，讨论了在各种不同粒子约束定律和能量约束定律下的非线性热不稳定性问题，给出稳定性判据。研究了自治系统不稳定解的非线性演化。     

具有组合非线性阻尼的非线性能量阱振动抑制响应分析

非线性能量阱是一种振动能量吸收装置,其在结构振动抑制中具有十分重要的作用.文章对具有组合非线性阻尼非线性能量阱的系统进行振动抑制相关的分析.首先对具有组合非线性阻尼非线性能量阱的系统进行理论模型的描述,对系统模型的运动方程利用复变量平均法进行推导,得到系统的慢变方程.其次对系统的慢变方程运用多尺度法进行强调制响应的分析,通过对系统进行慢不变流形和相轨迹的研究,描述系统强调制响应发生的条件基础.此外,还利用一维映射对系统进行分析,揭示外激励幅值对强调制响应存在时频率失谐系数取值区间的影响规律.最后利用能量谱、时间响应和庞加莱映射对耦合组合非线性阻尼非线性能量阱系统进行了振动抑制的相关研究,揭示组合非线性阻尼的非线性能量阱不同阻尼比、阻尼和刚度对其振动抑制效果的影响规律,得出组合非线性阻尼非线性能量阱和主结构响应存在一致性的现象,并验证所提出的组合非线性阻尼非线性能量阱模型具有较好的振动抑制能力.     

非线性振动能量俘获技术的若干进展

随着工程中低功耗电子设备和自供能无线传感网络的迅速发展, 使得振动能量俘获在航空航天工程、机械工程、生物医学工程和可持续能源工程等领域得到了广泛地应用. 振动能量俘获不仅可以将振动能转化为可用的电能为微电子设备供电, 还能减少有害振动保护仪器设备. 根据振动能量不同转换机制, 可以将振动能量俘获系统分为静电式、电磁式、压电式、磁致伸缩式、摩擦起电式以及它们的混合式. 其中压电和电磁振动能量转化机制由于结构简单、容易组装、能量转换性能高等优点, 已被广泛应用于各种工程领域中. 受极端环境干扰, 工程中容易出现宽带、低频等振动, 迫使振动能量俘获技术向非线性方向迅猛发展, 进一步吸引了诸多学者对振动能量俘获系统的结构和电路进行优化设计研究. 本文首先综述了非线性振动能量俘获技术近十年来的研究进展, 主要包括设计技术基础、非线性结构设计、动力学分析等方面的研究现状. 其次, 重点阐述了振动能量俘获与振动抑制一体化的主要研究成果, 包括非线性准零刚度和非线性能量汇在振动能量俘获领域的应用. 最后, 总结了振动能量俘获外接电路和主动控制策略的优化设计, 分析了进一步提升非线性振动能量俘获效能的有效方法.      

简谐激励下黏弹性非线性能量阱的研究

黏弹性材料作为一种良好的减振材料,广泛应用于机械、航空和土木等领域.本文用黏弹性Maxwell器件代替传统非线性能量阱中的阻尼元件,提出一种新型的黏弹性非线性能量阱,并对该模型在简谐激励下的减振性能进行分析.首先,根据牛顿第二定律建立系统的动力学方程,采用谐波平衡法求解系统的幅频响应曲线,并利用MATLAB中的Runge-Kutta数值方法验证解析解的正确性,结果吻合良好.然后,分析黏弹性非线性能量阱的减振性能和参数的影响.最后,分析了不同质量比下非线性刚度比和阻尼比同时变化时减振效果的变化趋势,并讨论了黏弹性非线性能量阱的最佳取值范围.研究结果表明:主系统的最大振幅随着非线性刚度的增加先减小后增大;当参数选取恰当时,黏弹性非线性能量阱比传统非线性能量阱的减振效果更优;另外,随着质量比的增加,主系统最大振幅的最小值出现先减小后趋于不变的现象,且非线性刚度比和阻尼比的最佳取值范围有所增大.以上结论对黏弹性非线性能量阱的实际应用提供了一定的理论依据.     

强非线性问题的一类能量迭代方法

基于能量原理，引进迭代及最小二乘，研究完全强非线性自治系统的周期解及其稳定性，算例表明，该法精度较高。     

原状冻土Ⅱ型非线性断裂韧度实验测试研究

由于原状冻土处于自然状态下,其本构关系及水分、温度的分布符合实际状态,而且其实际破坏形式往往是非线性的剪切破坏,所以论文采用了非线性冻土断裂实验模型,对自然状态下的原状冻土进行了断裂破坏实验,着重对Ⅱ型断裂(剪切)破坏的四点弯曲直裂纹试样进行了实验研究.实验过程中改造了四点弯曲实验台,采用着色法测量预制裂纹尺寸.实验原理采用基于能量平衡的方法,利用数据采集系统分别测出了原状冻土四点弯曲试样加力点处位移与力的关系曲线以及相应的非线性参数,推导出裂纹扩展非线性能量释放率计算公式,当试样达到承载极限状况时测试出Ⅱ型断裂试样非线性断裂韧度.同时,提出了修正因子计算非线性断裂韧度的方法,将能量方法测试结果与修正因子方法结果进行了对比,二者基本是一致的.以上提出的冻土Ⅱ型断裂非线性断裂韧度测试方法,及获得的非线性断裂韧度测试结果,为非线性理论研究和工程应用提供了依据.     

动力吸振器复合非线性能量阱对线性镗杆系统的振动控制

研究了线性动力吸振器复合非线性能量阱对线性镗杆在外部简谐激励下的振动控制. 忽略镗杆系统中的非线性因素, 建立了附加线性动力吸振器和非线性能量阱的镗杆系统的三自由度运动方程, 研究了附加复合式动力吸振器的镗杆系统的受迫振动. 通过平均法得到了附加复合式动力吸振器的镗杆系统的近似解析解, 并利用数值解验证了近似解析解的准确性, 两者具有很好的一致性. 利用近似解析解详细分析了线性动力吸振器和非线性能量阱的参数对镗杆振动抑制性能的影响. 对给定质量的复合式动力吸振器进行了参数优化, 其中线性动力吸振器参数采用H_∞优化方法的近似解析解进行了优化, 非线性能量阱的阻尼利用系统的近似解析解进行了优化. 分析结果表明, 线性动力吸振器与非线性能量阱组合可以有效抑制线性镗杆系统的振动, 而且采用参数优化后的复合式动力吸振器可以获得更好的减振效果. 通过附加非线性能量阱, 不但可以提高线性动力吸振器的振动抑制效果, 而且还可以提高振动控制系统的鲁棒性.      

强非线性振动系统周期解的能量迭代法

对于完全强非线性系统：x^.. g(x) f(x,x^.)x^.=0,提出求周期近似解析解以及这些解的稳定性的新方法。式中，g(x)、f(x,x^.)x^.分别是x,x、x^.的非线性函数。方法是基于能量原理，求出其一次近似解析解，然后引进牛顿迭代思想，得到周期系统数微分方程，最后根据谐波平衡原理及最小二乘法求其高次近似解，高次近似解的表达式由计算机辅助推导。计算参考文献[2]和[3]中的例题，令其中ε=1，研究该完全强非线性系统的周期解及其稳定性，本文方法与龙格-库塔数值法算得的结果对照如图1-3所示，它们表明本文方法不仅有效而且精度较高。     

基于修正型罗德里格斯参数的三维刚体摆姿态控制

3D 刚体摆是研究地球静止轨道航天器的一个力学简化模型, 它绕一个固定、无摩擦的支点旋转, 具有3 个转动自由度. 文章给出基于修正型罗德里格斯(Rodrigues) 参数描述的3D 刚体摆的姿态动力学方程, 针对3D 刚体摆姿态和角速度稳定的非线性控制设计问题, 基于无源性控制理论利用能量法设计了3D 刚体摆的系统控制器, 并证明了系统满足无源性. 构造了系统的李雅普诺夫(Lyapunov) 函数, 利用能量法设计出3D 刚体摆的姿态控制律, 并由拉萨尔(LaSalle) 不变集原理证明了该控制律的渐近稳定性. 仿真实验给出了3D 刚体摆在倒立平衡位置的姿态和角速度的渐近稳定性, 仿真实验结果表明基于能量方法的3D 刚体摆姿态控制是有效的.     

基于Liapunov理论的结构非线性振动的混合控制

研究了地震激励下高层建筑进入塑性阶段后，结构非线性振动的混合控制问题。高层建筑简化为剪力墙形式，具有非线性滞变恢复力。采用被动基础隔振和主动控制力相结合的策略，对结构的非线性振动进行混合控制。基于Liapunov第二法，从系统的能量角度出发进行稳定性分析，找到控制系统的Liapunov函数，本着工程抗震设计中安全与经济的原则，应用允许结构反应进入非线性或塑性阶段的理论，判定所提出的混合控制方法具有Liapunov意义下的稳定。     

Rosenbrock实时积分方法的精度和稳定性分析及其在结构动力学上的应用

Rosenbrock法以其在稳定性和精度方面的优势得到了广泛的应用,但Rosenbrock法大多局限于一阶微分方程的求解,在结构动力学上的应用相对较少。本文针对其在结构动力学问题上的应用,对2级Rosenbrock实时积分方法的精度和稳定性进行了系统地分析。结果表明:该方法对于满足Lipschitz条件的非线性问题,能保持二阶精度;在求解线性无阻尼问题以及带有摆非线性问题时,该方法具有能量衰减的特性;与平均加速度法相比,该方法在求解Bouc-Wen模型的非线性问题时表现出更好的稳定性。本文为采用Rosenbrock法解决复杂的结构动力学问题提供了更有利的理论依据。     

从刚体力学引出结构稳定性的几个基本概念

在材料力学、结构力学等课程的教学中,由于弹性力学理论本身过于复杂,压杆或结构的稳定性主要概念难以全面引入.本文通过刚体力学模型和能量法,引入了临界力、平衡路径分叉、非线性后屈曲平衡路径稳定性、临界点稳定性、缺陷结构稳定性等重要概念,由于模型简单导致了所有概念都可解析讨论,力学概念清晰,易于理解,供相关人员参考.     

含非线性能量汇的简支输液管非线性振动控制研究

论文建立了一个含有非线性能量汇(NES)装置并输运脉动内流的简支输液管道理论模型, 研究了NES装置对管道的非线性动力学特性与振动控制的影响. 利用Galerkin和龙格库塔法, 得到了在含NES和不含NES装置时管道动力学响应的数值结果. 研究表明, NES装置能有效地抑制管道振动. 通过对比可知, NES对管道系统的稳定性和非线性振动控制有着明显的影响. 此外, 本文还详细讨论了NES装置相关参数对系统的动力学影响. 结果表明, 增大NES的弹簧刚度、阻尼和质量比有利于管道减振, 且最佳安装位置在管道中点. 此外, 增大阻尼?能缩小失稳激励频率区域, 而其他参数的变化对失稳激励频率区域影响较小.     

任意加载模式下含裂纹超弹性体的能量释放率

能量释放率是表征断裂性能的一个重要指标, 在经典的断裂力学中, 只给出在恒力或恒位移加载情形下通过柔度标定来确定材料能量释放率的公式, 而且仅限于线弹性材料. 但是近年来生物材料和高分子材料(如橡胶) 等超弹性材料的断裂韧性和增韧机理越来越受到研究人员的关注, 该文旨在导出一个更加通用的柔度标定公式, 从而可以确定非线性弹性材料在任意加载模式下的能量释放率, 并能判断裂纹扩展的稳定性. 在推导的过程中, 对一些重要而容易被错误理解的概念做了进一步论述.     

谐波平衡法与复平均法计算强非线性系统稳态响应的区别

近些年,很多学者致力于利用非线性增强振动响应减少的效果或者能量采集器的效率。因而非线性系统的响应值需要从理论计算方面更准确地预测。另外,根据学者已取得的研究成就,非线性能量汇(NES)中存在的立方刚度非线性可以将结构中宽频域的振动能量传递至非线性振子部分。文章将一种由NES和压电能量采集器组成的NES-piezo装置与两自由度主结构耦合连接,系统受谐和激励作用。文章采用谐波平衡法和复平均法分别推导了系统稳态响应,参照数值结果,对比两种近似解析方法在求解强非线性系统稳态响应时的异同。计算结果表明,系统体现较弱非线性时,二者计算结果差异很小;当系统体现强非线性时,复平均法不能准确地呈现系统高阶响应,提高阶数的谐波平衡法能更准确地表示系统响应值。基于谐波平衡法和数值算法,讨论NES-piezo装置对于系统宽频域减振的影响。与仅加入非线性能量汇情况对比,结果表明NES-piezo装置不会恶化宽频域减振效果,并且在第一阶共振频率附近,可以稍微提高结构减振效率。另外,计算结果也表明,采用恰当的NES-piezo装置可实现宽频域范围的结构减振和压电能量采集一体化。此项研究工作为研究不同情形强非线性系统的响应提供了理论方法的指导。另外,研究结果也为宽频域范围的结构减振和压电能量采集一体化提供了理论依据。     

两自由度可调非线性减振器

研究了可调非线性减振器的优化设计.基于哈密尔顿最小势能原理建立非线性动力学模型,系统局域参数内,实现非线性系统幅值优化.利用平均法求解可调非线性减振器频响方程.分析系统解的稳定性,优化系统参数,降低系统幅值响应.     

一类刚-柔耦合系统的建模与稳定性研究

对于由中心刚体带有柔性梁附件组成的这一类简单刚 柔耦合系统，目前文献广泛采用的Ｅｕｌｅｒ Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁模型中考虑的刚 柔运动耦合项有严重的缺陷．本文对于物理本构关系线性的有限变形梁，分别采用微元法和变分法建立了该系统大挠度非线性动力学方程组．本文使用严格的方法来研究此非线性耦合动力学模型，采用能量 动量矩组合方法构成Ｌｉａｐｕｎｏｖ函数，严格证明了此非线性系统平凡解的积分范数稳定性以及具有鲜明物理意义的最大模范数稳定性．本文对文献中引用的三类线性化模型，采用假设模态法，对中心刚体匀速转动时梁的振动作了数值仿真，进一步验证了本文的结论．上述结果，对选择刚 柔耦合系统正确的动力学模型是有益的．