3∶1内共振下超临界输液管受迫振动响应

首次研究了超临界流速输液管在3∶1内共振条件下的稳态幅频响应.考虑超临界速度引起的管道屈曲位形,建立描述连续体非线性振动的偏微分-积分方程.通过Galerkin截断方法,将连续体方程离散化.对于同时含有平方与立方非线性的多自由度系统,发展高阶多尺度法建立可解性条件.稳态幅频响应曲线揭示了内共振条件下,不同模态间能量的转移.最后,数值仿真结果验证了近似解析分析的有效性.     

黏弹性屈曲梁非线性内共振稳态周期响应

研究了内共振下简支边界屈曲黏弹性梁受迫振动稳态周期幅频响应.考虑Kelvin黏弹性本构关系,并通过对非平凡平衡位形做坐标变换,建立屈曲梁横向振动的非线性偏微分-积分模型.基于对控制方程的Galerkin截断,得到多维非线性常微分方程组.在前两阶模态内共振存在的条件下,运用多尺度法分析截断后的控制方程,利用可解性条件消除长期项,获得一阶主共振下的幅值与相角方程.通过数值算例以展示系统稳态幅频响应关系以及失稳区域,从而聚焦系统共振中存在的非线性现象,如跳跃现象、滞后现象,并讨论了双跳跃现象随轴向荷载的演化.通过直接数值方法处理截断方程,数值验证近似解析解,计算结果表明多尺度法具有较高精度.     

柔性输流管泄流效应实验研究

基于模型试验研究了柔性输流管在恒定内流速度下由泄漏孔引入的泄流效应.研究发现:泄流效应可改变临界值,使得形变随流速增大近似线性增大;增加管道失稳时的形变幅值,可激发不同输流管的系统模态,引起管道多个频率的振动响应.研究结果为管道运输泄漏点定位提供了支撑,为数值模拟提供了实验参照.     

面内平动黏弹性板非线性振动的内-外联合共振

研究了同时存在受迫共振和1∶3内共振时的面内平动黏弹性板的横向非线性振动问题．板的黏弹性材料用Kelvin本构关系描述．基于系统的运动方程和四边简支的边界条件,对偏微分方程应用直接多尺度法建立了联合共振时的可解性条件．应用Routh-Hurvitz判据对系统幅频响应的稳定性进行了判别．给出了黏弹性系数、面内平动速度和激励幅值3个参数对幅频响应的影响．最后,应用微分求积数值方法验证了近似解析方法的结论.     

导电薄板的磁弹性组合共振分析

基于Mexwell方程,给出了导电薄板的非线性磁弹性振动方程、电动力学方程和电磁力表达式.在此基础上,研究了横向磁场中梁式导电薄板的磁弹性组合共振问题,应用Galerkin法导出了相应的非线性振动微分方程组.利用多尺度法进行求解,得到了系统稳态运动下的幅频响应方程,分析了组合共振激发的条件.根据Liapunov近似稳定性理论,对稳态解的稳定性进行了分析,得到了稳定性的判定条件.通过数值计算,给出了一、二阶模态下共振振幅随调谐参数、激励幅值和磁场强度的变化规律曲线图,以及系统振动的时程响应图、相图、Poincare映射图和频谱图,进一步分析了电磁、机械等参量对解的稳定性及分岔特性的影响,并讨论了系统的倍周期和概周期等复杂动力学行为.     

磁振子压电能量采集器的多尺度分析

根据磁振子压电能量采集器实验系统的数学模型,基于系统静平衡位形,引入坐标变换,建立相对位移的标准控制方程.利用Taylor级数展开法处理磁力非线性项,运用多尺度法近似解析分析,通过消除长期项获得可解性条件,并由此推导出稳态响应时的幅频关系.四阶Runge-Kutta方法用于数值计算受迫振动时间历程,数值算例给出了系统前两阶主共振下的稳态幅频响应关系及其失稳区域.结果表明多尺度方法所得到的一致有效解具有较高精度,可以为优化设计磁振子压电能量采集器提供理论依据.     

不同索力斜拉索的主共振瞬时相频特性

考虑拉索垂度及几何非线性,研究了不同索力拉索的瞬时相频特性.利用斜拉索面内分布激励下的运动控制方程,采用多尺度法对微分方程进行摄动求解,分别得到面内、外主共振响应的近似解析式,再采用Hilbert变换得到响应与激励的瞬时相位差及其幅值.研究了不同索力下,响应与激励的瞬时相位差的变化规律及其原因.研究表明:面外主共振响应与激励间保持恒定的相位差,而面内响应与激励的瞬时相位差与索弹性参数和垂度等有关,微小的索力变化可能导致瞬时相频特性的明显改变.主要原因是面内响应的近似解中存在两倍频项和漂移项,前者使响应瞬时相位在单个周期内出现两次正负交替,后者决定面内响应与激励瞬时相位差的最大值及其变化规律.     

磁场中旋转运动圆环板主共振分岔及混沌研究

研究了磁场中旋转运动圆环板的磁弹性主共振及分岔、混沌问题.通过Hamilton(哈密顿)原理推得磁场中旋转运动圆环板的横向振动方程,并采用Bessel(贝塞尔)函数作为振型函数进行Galerkin(伽辽金)积分,得到磁场中旋转运动圆环板的无量纲非线性振动常微分方程.利用多尺度法展开,得到静态分岔方程、对应的转迁集与分岔图,以及物理参数作为分岔控制参数时的分岔图.利用Mel’nikov(梅利尼科夫)方法,对系统混沌特性进行研究,得到外边夹支内边自由边界条件下异宿轨破裂的条件;通过数值计算,得到外激振力幅值作为分岔控制参数时系统的分岔图与指定参数条件下系统响应图.结果表明,磁场扼制多值现象的产生;激振频率、转速、磁感应强度越小,激振力幅值越大,系统的异宿轨越容易发生破裂,从而引发混沌或概周期运动.     

基于有限元和Duhamel积分的移动力问题分析方法研究

针对桥梁在移动力作用下的动力响应问题,提出了一种基于有限元模型和Duhamel积分的半解析分析方法,以此为基础,推导了多个移动力作用下桥梁动力响应的共振和相消条件.该方法基于桥梁有限元模型的振型,通过单元形函数构造桥面分段连续振型,得到Duhamel积分在任意桥面单元内的解析表达,将时间变量从被积函数中分离出去并利用积分的可加性,使得前面时刻的积分不必重复计算,因此每一个计算时间节点仅需计算一次简单积分和一次求和,这样极大地减少了计算时间.该方法在计算中未引入任何近似,且其精度与时间积分步长无关,是有限元模型下的解析解答.在数值算例中,分别针对简支梁和三跨连续桥梁,通过与解析解和Newmark法的对比,验证了该方法的精确性;然后针对多个移动力问题,验证了桥梁动力响应的共振和相消条件,探讨了载荷间距对复杂结构动力响应共振和相消的影响.     

海洋立管双模态动力学分岔分析

为研究剪切流作用下顶张力立管的涡激振动响应规律,将立管简化为Euler-Bernoulli梁模型,用van der Pol尾流振子描述流体的作用,建立了立管涡激振动的非线性动力学模型.基于二阶Galerkin模态离散所得常微分方程组,采用谐波平衡法、Poincaré映射方法和Lyapunov指数法分析系统响应特点.研究结果表明:随着流速的增加,系统响应在周期运动和概周期运动间多次转换,其中周期解区域对应系统的涡激共振区;谐波平衡法结果能够较准确地预测涡激共振区周期解的振幅和频率,以及非涡激共振区概周期解的主要频率成分.     

多阶梯梁系统的3:1内共振

研究了具有三次非线性项的多阶梯梁的振动,讨论了该系统3:1内共振情况,运用多重尺度法,即一种摄动技术,得到该问题的一般近似解,并得到两种模型的振幅和相位调制方程,这些方程组用来确定稳态解及其稳定性,假设外加的强迫频率接近于较低的频率,在研究的数值部分,讨论固有频率中的3:1情况,对两端固支和一端固支另一端简支,观测到的频率位于第一和第二固有频率之间;对两端简支,观测到的频率位于第二和第三固有频率之间,最后,利用数值算法求解3:1内共振,第一模型为两端固支和一端固支另一端简支梁的外激励模型;第二模型为两端简支梁的外激励模型,然后,当外激励第一模型时,研究第一、二模型的振幅,当外激励第二模型时,研究第二、三模型的振幅,对振动的内共振模型,画出强迫响应、阻尼响应和频率响应曲线,同时进行这些曲线的稳定性分析.     

两自由度非线性振动系统主参数激励下的分岔分析

本文给出了参数激励作用下两自由度非线性振动系统,在1:2内共振条件下主参数激励低阶模态的非线性响应.采用多尺度法得到其振幅和相位的调制方程,分析发现平凡解通过树枝分岔产生耦合模态解,采用Melnikov方法研究全局分岔行为,确定了产生Smale马蹄型混沌的参数值.     

时滞速度反馈作用下弹性梁的主共振分析

采用时滞速度反馈控制策略对轴力作用下的弹性梁进行振动控制.根据Newton第二定律建立压电耦合弹性梁的非线性振动控制模型,运用直接法得到时滞反馈作用下弹性梁主共振的一阶近似解,得出系统响应与控制参数的关系.结果表明,主共振的响应存在多解和跳跃现象,调节控制增益和时滞值可以有效抑制大幅振动.     

窄带随机噪声激励下线性碰撞系统的响应

研究了单自由度线性单边碰撞系统在窄带随机噪声激励下的次共振响应问题．用Zhuravlev变换将碰撞系统转化为连续的非碰撞系统,然后用随机平均法得到了关于慢变量的随机微分方程．在约束距离为0时,用矩方法给出了系统响应幅值二阶矩的解析表达式．在约束距离不为0时,近似地得到了系统响应幅值二阶矩的解析表达式．讨论了系统阻尼项、窄带随机噪声的带宽和中心频率以及碰撞恢复系数等参数对于系统响应的影响．理论计算和数值模拟表明,系统响应幅值将在激励频率接近于次共振频率时达到最大,而当激励频率逐渐偏离次共振频率时,系统响应迅速衰减．数值模拟表明提出的方法是有效的．     

一类准零刚度隔振器的分段非线性动力学特性研究

建立了一类带有滚轮装置的准零刚度隔振系统的分段非线性动力学模型,利用平均法对系统在基础激励下的动力学特性进行了理论分析,得到了系统主共振响应的一次近似解析解.利用数值方法对动力学方程求解,验证了平均法求解此类分段非线性动力学问题的有效性.进一步,讨论了激励幅值、阻尼对系统响应的影响,利用位移传递率评估了隔振系统的隔振性能.结果表明,激励幅值和阻尼对系统响应具有显著影响:激励幅值较小时,该准零刚度隔振系统的隔振性能明显优于相应的线性系统;而随激励幅值增大时,其隔振性能变差,但最多与线性系统相当,而不会变得更差,此特征优于传统准零刚度隔振系统.     

输液管道流固耦合非线性动力稳定分析

将弱约束输流管道非定常流液固耦合运动按波-流-振动系统建模成由4个非线性微分方程组成的分析模型,按模态进行分解研究系统在多种耦合状态下具有的运动稳定特性.以悬臂梁管道为例分析了耦合系统奇点的属性,得到了前四阶模态运动的相图.结果说明,多种耦合条件下输流管道的稳定性变得更为复杂,各阶模态运动具有不同的稳定特性.     

传送带系统主参数共振分析

基于Coriolis加速度和Lagrange应力公式,利用Newton定律得到了运动带的横向振动运动方程.运用多尺度法得到了传送带系统主参数共振的近似解.分析了调谐参数、带的横截面积、黏弹性参数、轴向速度不仅影响非平凡稳态响应的幅值,并且影响其存在区域,揭示了一些新的动力学现象.     

移动载荷作用下轴向运动载流梁的参强联合共振

研究磁场环境中移动载荷作用下轴向运动梁的磁弹性参强联合共振问题.以轴向运动载流梁为研究对象,建立横向磁场中受移动载荷作用下梁的力学模型.应用Hamilton(哈密顿)原理,得到梁的非线性磁弹性振动方程.利用Galerkin(伽辽金)积分法和多尺度法,推得以移动载荷为变量的幅频响应方程.通过数值计算,绘制了振幅随调谐参数、拉力扰动幅值、移动载荷、磁感应强度的变化规律曲线图,分析了电流密度、磁感应强度、移动载荷等变量对参变系统动力学特性的影响.结果表明:系统呈现典型的参强联合共振特性;移动载荷、磁感应强度能够起到抑制共振幅值多值现象的产生.     

1:1内共振条件下矩形薄板的全局分叉和多脉冲混沌动力学

首次利用广义Melnikov方法研究了一个四边简支矩形薄板的全局分叉和多脉冲混沌动力学．矩形薄板受面外的横向激励和面内的参数激励．利用von Krmn模型和Galerkin方法得到一个二自由度非线性非自治系统用来描述矩形薄板的横向振动．在1∶1内共振条件下,利用多尺度方法得到一个四维的平均方程．通过坐标变换把平均方程化为标准形式,利用广义Melnikov方法研究该系统的多脉冲混沌动力学,并且解释了矩形薄板模态间的相互作用机理．在不求同宿轨道解析表达式的前提下,提供了一个计算Melnikov函数的方法．进一步得到了系统的阻尼、激励幅值和调谐参数在满足一定的限制条件下,矩形薄板系统会存在多脉冲混沌运动．数值模拟验证了该矩形薄板的确存在小振幅的多脉冲混沌响应．     

非线性转子-密封系统1∶2亚谐共振分岔研究

研究了转子-密封系统在气流激振力作用下的低频振动——1∶2亚谐共振现象．利用流体计算动力学（CFD）方法对转子-密封系统进行了流场模拟计算,辨识出适用于气流流场的Muszynska模型参数,并建立了转子-密封系统动力学方程．采用多尺度方法将系统进行3次截断,并得到系统响应．采用奇异性理论研究了系统的1∶2亚谐共振,进一步得到系统亚谐共振的分岔方程和转迁集,根据转迁集给出了在不同奇异性参数空间内的分岔图．同时,由分岔方程得到了亚谐共振非零解存在的条件．其分析结果对抑制转子-密封系统的亚谐振动有重要的工程意义．