风力机叶片非线性摆振响应及稳定性分析

本文对风力机叶片摆振运动的动态响应以及稳定性进行了分析.基于叶片大挠度摆振运动控制偏微分方程,进行Galerkin截断离散,得到模态方程.通过将摆振位移分解为静态位移和动态位移,得到了静态位移和动态位移方程.使用摄动法对主共振情况下的动态响应进行求解,分析了入流速度比对稳态解和振幅的影响,以及平衡点的稳定性.得到以下结论:当入流速度比处于在某范围内时,叶片摆振运动表现为主共振,在该主共振的区域内,叶片非线性摆振为稳定的周期运动.     

冲击消振器的概周期碰振运动分析

建立了冲击消振器对称周期运动的Poincar啨映射方程 ,讨论了对称周期运动的稳定性与局部分岔。通过数值仿真研究了冲击消振器在非共振、弱共振和强共振条件下的概周期碰振运动及其向混沌的转迁过程。     

含时滞反馈的楔式制动系统动力学分析

考虑含时滞反馈的影响,建立楔式制动系统动力学模型,运用多尺度方法对黏滑界面附近区域进行受迫主共振求解,分析时滞量、楔角与系统刚度对系统幅频响应的影响,应用Routh-Hurwitz判据分析系统稳定性的影响因素。基于解析解的分析表明:稳态幅值和稳定性边界都随时滞量发生周期性变化,周期内较大的时滞量引起鞍结分岔,并发展至不稳定多解;楔角和系统刚度增加引起主共振振幅增大,并扩大了不稳定区域。     

垂直主振系冲击消振理论初探

本文在文献[1]的基础上,探讨了垂直主振系稳态冲击消振振幅的计算以及冲击消振器诸参数对消振振幅的影响,这对该类消振器的设计具有理论指导意义.     

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.     

弯曲薄板的动态响应特性分析

研究了两边铰支弯曲薄板在分布简谐激振力作用下的柱型弯曲振动.利用Galerkin方法进行离散化处理后,用数值方法分析了薄板的各种动态响应.结果发现,无论在曲率较大或较小区域都可能发生非周期运动,但曲率变化对系统发生周期与非周期运动的激振力范围有一定影响.     

阻尼器—轴承—柔性转子系统的稳定性及分岔

本文对挤压阴尼器－滑动轴承－柔性转子系统的稳定性及分岔特性进行了理论分析，首先讨论了系统平衡位置的稳定性及共Ｈｏｐｆ分岔，然后讨论了不平衡响应的稳定性及分岔。分析表明：在一定参数条件下，系统的稳态响应将发生倍周期分岔、二次Ｈｏｐｆ分岔及鞍－结分岔。     

谐变磁场激励下非线性铁磁梁式板的共振分叉研究

本文采用磁场计算的磁体力理论模型,对处于均匀横向周期时变磁场中的非线性铁磁悬臂梁式板动力分叉问题进行理论分析和定量研究,首先建立了铁磁悬臂梁式板的非线性动力方程,在此基础上,采用非线性分析的多尺度法研究了铁磁悬壁板的共振分岔,最后,采用Floquet理论研究了该动力系统周期轨道的稳定性问题,数值给出了周期轨道的稳定性区域,Floquet理论研究了该动力系统周期轨道的稳定性问题,数值给出了周期轨道的稳定性区域,并分析了稳定区域与不稳定区域分界线上解的分叉情形。     

层状压电半导体板的稳态弯曲振动分析

本文针对具有极化-变形-载流子耦合的层状压电半导体复合悬臂结构,理论研究了自由端在周期荷载作业下的稳态响应问题,导出了板中位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式,并数值分析了周期荷载的幅值、激励频率和初始载流子浓度对结构宏观力学响应的影响。数值结果表明：在一阶固有频率下,结构内部各物理量响应幅值较大;在高阶固有频率下,各物理量响应出现多个局部峰值区域,其幅值相对减小,载流子会朝局部极值区域“聚集”或“离开”局部极值区域。初始载流子浓度在一定范围内对结构的固有频率以及各物理量的稳态响应有显著的调控作用。     

基于压电纤维复合材料的旋转叶片主动控制

旋转叶片结构的振动失效占据了航空发动机整机故障的相当比重. 发展针对旋转叶片结构的减振技术对于减轻叶片重量, 提升叶片性能, 延长叶片寿命具有重要意义. 通过引入压电纤维复合材料(macro fiber composite, MFC)传感器和作动器, 研究预变形旋转叶片2:1内共振的主动控制. 建立考虑时滞效应的旋转叶片比例微分闭环控制系统运动方程. 通过摄动分析推导出受控叶片的演化方程, 并结合延拓法揭示速度增益、位移增益、时滞量等系统参数对受控系统稳态响应及稳定性的影响规律. 理论研究结果与数值结果得到相互验证. 研究发现时滞量对系统稳定性影响显著, 当时滞超过某临界值时, 演化方程原有的平衡点失稳, 闭环受控系统将缓慢进入一个大振幅的周期运动, 从而丧失控制效果. 位移增益存在一个范围使得系统出现多值稳态响应, 进而破坏了增益平面内系统稳定区和非稳定区域的直线边界. 不恰当的速度增益和位移增益会给受控系统引入新的共振. 研究结果为叶片结构的减振提供了理论基础.      

转子轴承系统电磁阻尼器的位移反馈振动控制

本文研究在周期激振力作用下转子轴承系统电磁阻尼器的位移反馈振动控制。首先给出受电磁阻尼器控制的一般线性多自由度转子轴承系统的振动方程，控制力和电磁阻尼器结构参数，控制电流等之间的关系式，然后提出在保证系统稳定的前提下，通过位移反馈控制其电流位移增益矩阵应满足的条件；其次以单盘对称转子轴承系统为例，求出转子系统受电磁阻器控制的幅频响应和相频响应；最后给出算例，打印出电磁阻尼器的静态电流，电流位移增益     

复合干摩擦的准零刚度隔振系统的亚谐共振

利用增量平均法研究了复合干摩擦阻尼器的准零刚度非线性隔振系统在外部简谐激励作用下的1/3次亚谐共振. 首先利用平均法得到了复合干摩擦的准零刚度隔振系统的主共振近似解析解, 然后在系统主共振近似解析解的基础上将系统的亚谐共振响应看作增量, 并利用平均法得到了准零刚度隔振系统的亚谐共振近似解析解. 利用李雅普诺夫方法得到了准零刚度隔振系统主共振和亚谐共振稳态解的稳定性条件, 并推导了系统1/3次亚谐共振的存在条件. 根据近似解析解分别得到了复合干摩擦的准零刚度隔振系统的主共振和亚谐共振力传递率. 利用数值解验证了准零刚度隔振系统主共振和亚谐共振近似解析解的准确性. 利用系统的近似解析解详细分析了准零刚度参数和干摩擦力对系统主共振和亚谐共振的幅频响应以及力传递特性的影响. 分析结果表明, 通过选取合适的干摩擦力参数, 可以消除准零刚度隔振系统在主共振区域的亚谐共振. 通过复合干摩擦阻尼器不但可以提高准零刚度隔振系统在低频区域的振幅抑制效果, 而且可以降低准零刚度隔振系统的起始隔振频率, 但是会增大系统在有效隔振频带内的力传递率.      

时滞耦合质量摆动力吸振器减振系统的等峰优化理论与实验

摆式调谐质量阻尼器因其便于安装、维修、更换,且经济实用,广泛应用于结构减振.它通过将摆的自振频率调谐到接近主系统的控制频率,使摆产生与主系统相反的振动,从而抑制或消除主系统的振动.本文通过对主系统无阻尼的被动减振系统和主系统有阻尼的时滞反馈主动减振系统进行多目标优化设计,实现了对主系统幅频响应曲线的等峰控制和共振峰与反共振峰差值的有效控制.首先,建立了时滞耦合质量摆动力吸振器减振系统的力学模型和振动微分方程,通过对主系统无阻尼的被动减振系统进行等峰优化,获得了减振系统的最优频率比和质量摆的最优阻尼比.对于主系统存在阻尼的被动减振系统,在该优化参数下主系统的幅频响应曲线等峰优化失效.其次,对于主系统存在阻尼的时滞反馈优化控制系统,采用CTCR方法得到了反馈增益系数和时滞的稳定区域.在保证系统稳定的前提下,通过调节反馈增益系数和时滞量两个控制参数能够实现对主系统幅频响应曲线的等峰控制.再次,对共振点处主系统振幅放大因子时滞敏感度和反馈增益系数敏感度进行分析,表明共振点幅值对反馈增益系数比对时滞更为敏感.最后,通过实验分别在频域和时域内对理论结果进行了验证.研究表明,通过采用时滞反馈对摆式调...     

基于分数阶磁流变液阻尼器模型的车辆悬架组合控制

磁流变液阻尼器的分数阶Bingham模型结构形式简单, 而且可以更好地描述系统的滞回特性. 建立了含有分数阶Bingham模型的单自由度1/4车辆悬架系统模型, 利用磁流变液阻尼器对在路面简谐激励下的非线性车辆悬架系统进行振动控制. 研究了含有分数阶Bingham模型的悬架系统在天棚阻尼半主动控制下的主共振响应, 利用平均法得到了系统的近似解析解. 求解了系统定常解的幅频响应方程, 并根据李雅普诺夫稳定性理论得到了悬架系统的稳定性条件. 通过绘制数值解和解析解的幅频响应曲线对比图, 验证了近似解析解的正确性. 利用簧载质量垂直方向的加速度均方根值分析了半主动控制对车辆乘坐舒适性的影响, 发现天棚阻尼半主动控制策略在低频激励区域反而会降低车辆的乘坐舒适性. 因此提出了一种被动控制与半主动控制相结合的组合控制策略, 并分析了半主动控制参数对振动控制效果的影响. 分析结果表明, 该组合控制策略不但能够提高车辆的乘坐舒适性, 而且能有效抑制悬架系统的主共振振动幅值.      

Inner mass impact damper for attenuating structure vibration

The behaviors of a vibration system suppressed with an impact damper are investigated, where the impact damper is simplified as a combination of spring and viscous damping. The analytical theory for the optimal impact control algorithms for impact damper is developed, and the accurate expressions are derived for the optimal values of the impact damper damping and initial displacement in a single-degree-of-freedom structure. The relation between coefficient of restitution and impact damping ratio is obtained. The investigation shows that the effective reduction of the vibration response is nearly independent of the number of impacts, but primarily related to the type of collision which the impact mass collides with the main mass face-to-face. This theory is generalized to continuous structures. An example of an impact damper in a rotating cantilever beam demonstrates that the impact dampers are suitable for attenuating the impulse response of structures unconditional stable without the requirement of the accuracy of the modal information.     

NEURAL NETWORK MODEL OF MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER FOR VIBRATION ISOLATION PLATFORM OF WHOLE-SPACECRAFT

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

Nonlinear vibration semi-active control of automotive steering using magneto-rheological damper

Traffic accidents are often caused by vibration of automotive steering because the vibration can make a vehicle run like a snake. A?novel semi-active vibration control strategy of automotive steering with magneto-rheological (MR) damper is proposed in this paper. An adaptive RBF neural sliding mode controller is designed for the vibration system. It is showed that an equivalent dynamic model for the vibration system is established by using Lagrange method, and then treats it as actual system partially. A?feedback control law is designed to make this nominal model stable. Uncertain part of system and outside disturbance are estimated using RBF neural network, and their upper boundary is obtained automatically. By constructing reasonable switch function, state variables can arrive at origin asymptotically along the sliding mode. Strong robust character of control system is proved by stability analysis and a numerical simulation example is performed to support this control scheme.     

Magnetorheological damping and semi-active control of an autoparametric vibration absorber

A numerical study of an application of magnetorheological (MR) damper for semi-active control is presented in this paper. The damper is mounted in the suspension of a Duffing oscillator with an attached pendulum. The MR damper with properties modelled by a hysteretic loop, is applied in order to control of the system response. Two methods for the dynamics control in the closed-loop algorithm based on the amplitude and velocity of the pendulum and the impulse on–off activation of MR damper are proposed. These concepts allow the system maintaining on a desirable attractor or, if necessary, to change a position from one attractor to another. Additionally, the detailed bifurcation analysis of the influence of MR damping on the number of periodic solutions and their stability is shown by continuation method. The influence of MR damping on the chaotic behavior is studied, as well.     

A novel scheme for nonlinear displacement-dependent dampers

In this paper, a novel scheme for nonlinear displacement-dependent (NDD) damper is introduced. The damper is attached to a simple mass-spring-damper vibration system. The vibration system equipped with a NDD damper is mathematically modeled and the nonlinear governing differential equation of the system is derived. To obtain the displacement of the system, the approximate analytical solution of the governing equation is elaborated using the multiple scales method. The advised approximate analytical algorithm is performed for several case studies and is also verified by the numerical fourth-order Runge?CKutta method. In addition, the performance of the NDD damper is analyzed and compared with the performance of the traditional linear damper. It is found that the proposed NDD damper scheme along with the multiple scales method is not only feasible for vibration reduction but also yields satisfactory response performance rather than the existing traditional linear damper.     

几何非线性摩擦阻尼隔振系统动力学行为研究

非线性隔振系统由于具有较线性系统更优的隔振性能,因此在工程中应用广泛.本文通过配置与被隔振对象的运动方向相垂直的库伦摩擦阻尼器,构建了几何非线性摩擦阻尼模型.由于引入了几何非线性,因此其摩擦力与位移正相关,这与传统与位移无关摩擦力模型有显著不同.首先,建立了具有几何非线性摩擦阻尼的数学模型以及隔振系统的受迫振动方程;然后,使用谐波平衡法求解了动力学方程,并使用数值仿真方法验证了谐波平衡法求解的准确性;最后,研究了几何非线性摩擦阻尼隔振器的绝对位移传递率和相对位移传递率.研究结果表明,在库伦摩擦阻尼选择适当,非线性摩擦阻尼系统可以在保持高频振动衰减效果的前提下,显著降低系统共振峰,其性能优于传统的恒定摩擦阻尼隔振模型.同时,几何非线性摩擦阻尼系统能够避免传统摩擦阻尼系统中的“锁定”现象,从传递率角度来说,不利于共振峰控制;但从激励环境改变引发隔振系统失效的角度来看,几何非线性摩擦阻尼系统可以拓宽系统对激励幅值的适应范围,避免隔振系统失效.本文的研究结果对此类隔振系统的设计和摩擦阻尼参数的选择具有通用的指导意义.