环状周期结构三维参激振动不稳定分析

环状周期结构广泛应用于工程领域。针对在移动载荷作用下的环状周期结构,开展三维参激振动特性分析。首先基于Hamilton理论,在惯性坐标系下建立了时变动力学模型。为了提高计算效率,采用坐标变换将其转换至随动坐标系,从而得到等效时不变模型。然后利用Galerkin理论将其离散,通过计算系统的特征值,预测了动力稳定性。最后采用Floquét理论计算了时变系统的不稳定域,得到了与等效系统相同的结果。本研究为该类系统的参数设计及稳定性控制提供了借鉴。     

周期变速旋转运动电流变夹层梁的参激振动

采用多尺度法对周期变速旋转运动电流变夹层梁的动力稳定性进行了研究. 假设电流变夹层梁绕固定轴线做随时间变化的简谐周期运动,将变速度转动梁作为一个时变参激振动系统,分析了不同结构和控制参数对失稳区域的影响. 仿真结果表明,改变外加控制电场强度的大小和梁的结构参数,可改变旋转电流变夹层梁发生动力失稳的临界角速度和失稳区域. 故在一定的条件下,可以通过控制作用于电流变夹层梁的电场强度来调节旋转运动柔性梁的振动特性,提高结构的动力稳定性.      

电驱动偏心转子与复合振动环境振动同步的理论研究

在振动环境中，当带偏心转子的电机旋转角速度与振动环境的角频率相近时，两者可以实现振动同步。针对这一特殊现象，本研究提出一种小参数积分均值法来研究该振动同步问题，设置电驱动偏心转子角速度与振动环境角频率之差的积分均值为变量，通过积分变换将电驱动偏心转子与复合振动环境之间的动力学方程转化为二阶周期系数微分方程，应用周期系数二阶微分方程相关理论推导得出实现振动同步的同步性判据和稳定性判据，并通过数值仿真验证了同步性与稳定性判据的有效性。本研究提出的将电驱动偏心转子角速度与振动环境角频率之差的小参数积分均值法，为研究振动同步理论提供了一种新的方法。     

具有曲率和惯性非线性以及材料内阻的旋转复合材料轴的主共振

旋转复合材料轴作为一类典型的转子动力学系统,在先进直升机和汽车动力驱动系统中有着广阔的应用前景.研究旋转复合材料轴的非线性振动特性具有重要的理论与实用价值.然而,目前有关旋转轴的非线性振动研究仅限于各向同性金属材料轴,很少考虑材料内阻的影响.本文研究具有材料内阻的旋转非线性复合材料轴的主共振.非线性来源于不可伸长复合材料轴的大变形引起的非线性曲率和非线性惯性,材料内阻来源于复合材料的黏弹性.动力学建模计入转动惯量和陀螺效应.基于扩展的Hamilton原理,导出具有偏心激励的旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组.采用Galerkin法将偏微分方程离散化为常微分方程,采用多尺度法对常微分方程进行摄动分析,导出主共振响应的解析表达式.对内阻、外阻、铺层角、长径比、铺层方式和偏心距进行数值分析,研究上述参数对旋转非线性复合材料轴的稳态受迫振动响应行为的影响.研究发现,角铺设复合材料轴的内阻系数随着铺层角的增大而增大;内阻对主共振响应特性的影响主要体现在对抑制振幅和改变频率响应的稳定性方面;发生在正进动固有频率附近的主共振响应具有典型的硬弹簧非线性特性.本文提出的模型能够用于描述旋转复合材料轴的主共振特性,是对不可伸长旋转金属轴非线性动力学模型的重要推广.     

热环境下功能梯度夹层双曲壳自由振动分析

功能梯度夹层双曲壳结构广泛应用在航空航天、海洋工程等领域中,对于该类结构的动力学特性研究非常重要.论文以热环境下功能梯度夹层双曲壳为研究对象,在三阶剪切变形理论的基础上,考虑横向拉伸作用的影响提出了一种新的位移场,假设材料的物性参数与温度有关,且沿厚度方向表示为幂律函数.利用Hamilton原理得到简支边界条件下功能梯度夹层双曲壳三维振动系统动力学方程,利用Navier法求得两种不同夹层类型的系统固有频率.研究了几何物理参数和温度场对功能梯度夹层双曲壳自由振动固有频率的影响.     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

油膜支撑双盘转子-轴承系统周期运动稳定性与分岔

建立了考虑油膜支撑的双盘转子-轴承系统多自由度模型, 将与Newmark结合的延拓打靶法应用到多自由度系统的周期稳定性分析中. 主要研究双盘转子-轴承系统在转盘偏心量、偏心初始相位、轴承间隙、润滑油动力黏度以及轴承长径比5个参数域内的变化规律,得到一些有益结论: 该系统的周期运动主要以倍周期或拟周期分岔而失稳; 采用较小的转盘偏心量或增大转盘的初始偏心相位差可以提高失稳转速; 为抑制系统过早失稳, 应适当提高轴承长径比和尽可能采用较小的轴承间隙; 在选用润滑油时, 并非其动力黏度越大越好, 动力黏度较小的润滑油反而可以适当提高系统失稳转速. 研究方法和结果为相关及更为复杂的转子-轴承系统的稳定性设计及振动控制提供了理论参考.      

功能梯度旋转圆板的热弹性固有振动

在考虑热因素及旋转运动条件下,针对金属-陶瓷功能梯度圆板的固有振动问题进行研究.给出随温度变化且材料组分沿厚度方向按幂律分布的材料物性参数,依据热弹性理论得到圆板的能量关系式.基于哈密顿原理建立旋转金属-陶瓷功能梯度圆板热弹性动力学方程.采用伽辽金法得到边界约束下圆板的自由振动方程,确定了静挠度及固有振动频率.基于数值计算,得到系统固有频率值随体积分数指数、转速和温度等参量的变化曲线,讨论了静挠度变化规律及动力系统的奇点稳定性问题.结果表明,固有频率随体积分数指数、材料表面温度以及转速的增加而减小.     

关于国际模态分析会议

在航空航天器、车辆、船舶、海洋工程、机床、动力机械、土建工程等结构系统的发展中,振动问题在分析、设计、使用过程中日益重要,结构动力特性的确定成为动态设计的核心环节。所谓模态分析就是用分析或试验的方法来确定结构系统的固有频率、阻尼系数和振型等模态参数的过程。广义的模态分析还包括试验与分析方法的结合。结构动力学修改,结构系统数学模型的建立,并用于分析系统的动力响应、稳定性以及振动控制。     

特征值反问题与振动物理参数识别

振动系统物理参数识别在工程中具有重要的实际意义。本文把矩阵特征值反问题与振动物理参数识别相联系,提出了一种识别振动系统物理参数的新方法,即先实测两种不同约束条件下的固有频率,再解特征值反问题,从而确定系统的物理参数。对于不同的具体问题,提出了四种识别办法,并进行了数值摸拟。对扭转振动系统和结构振动系统进行了实际试验识别,结果表明,本文提出的方法对于振动系统的物理参数识别是有效的,可供工程实际应用。     

单层偏心圆柱薄壳的自由振动特性分析研究

本文从偏心圆柱壳截面的几何特性出发,将偏心圆柱壳问题转化为一个周向变厚度圆柱壳问题,随后利用其状态向量之间的传递矩阵将壳体的振动控制方程转化为矩阵微分方程形式,通过Magnus级数法求解传递矩阵得到频率方程。采用Lagrange插值法得到偏心圆柱壳体自由振动状态下的固有频率,并且与圆柱壳的固有频率进行了比较。对影响结构固有频率的主要参数进行了分析,得到了这些参数和固有频率之间的关系。本文不仅提出了一种有效求解偏心圆柱壳固有频率的新方法,同时亦可为检测偏心圆柱壳的偏心距提供一种新的思路和方法。     

Dynamic characteristics of a rub-impact rotor-bearing system for hydraulic generating set under unbalanced magnetic pull

Electromagnetic and mechanical forces are main reasons resulting in vibrations in hydraulic generating set. The non-symmetric air-gap between the rotor and stator creates an attraction force called unbalanced magnetic pull (UMP). The UMP can produce large oscillations which will be dangerous to the machines. In this paper, the nonlinear dynamic characteristics of a rotor-bearing system with rub-impact for hydraulic generating set under the UMP are studied. The rubbing model is established based on the classic impact theory. Through the numerical calculation, the excitation current, mass eccentricity, stiffness of shaft and radial stiffness of stator are used as control parameters to investigate their effect on the system, by means of bifurcation diagrams, Poincaré maps, trajectories and frequency spectrums. Various nonlinear phenomena including periodic, quasi-periodic and chaotic motions are observed. The results reveal that the UMP has significant influence in the response of the rotor system that the continuous increase in the excitation current induces the alternation of quasi-periodic and chaotic motions, the co-occurrence of oil whip and rub in a wide excitation range aggravates the vibration and leads to the instability of the system. In addition, the large eccentricity and radial stiffness of stator, as well as the small stiffness of shaft may lead to the occurrence of full annular rubbing while increasing the stiffness of the shaft can play an important role of suppressing the chaotic motion, reducing the vibration and improving stability of the system.     

多自由度转子-轴承系统周期运动分岔及稳定性研究

建立考虑诸多因素的转子-轴承系统多自由度模型,将与Newmark结合的打靶法应用到多自由度转子-轴承系统的周期稳定性分析中。着重研究了转子-轴承系统失稳转速随系统偏心量、轴承间隙、润滑油动力粘度以及轴承长径比的变化规律,研究结果表明:提高系统偏心量、减小轴承间隙、增大润滑油动力粘度以及选择适当的轴承长径比均能提高转子-轴承系统的失稳转速;对于不同的参数值,系统表现出不同的分岔规律,系统发生半速涡动时表现为倍周期分岔或拟周期分岔,发生油膜振荡时则表现为拟周期分岔。     

An investigation on lateral and torsional coupled vibrations of high power density PMSM rotor caused by electromagnetic excitation

Electromagnetic excitation in high power density permanent magnet synchronous motors (PMSMs) due to eccentricity is a significant concern in industry; however, the treatment of lateral and torsional coupled vibrations caused by electromagnetic excitation is rarely addressed, yet it is very important for evaluating the stability of dynamic rotor vibrations. This study focuses on an analytical method for analyzing the stability of coupled lateral/torsional vibrations in rotor systems caused by electromagnetic excitation in a PMSM. An electromechanically coupled lateral/torsional dynamic model of a PMSM Jeffcott rotor is derived using a Lagrange–Maxwell approach. Equilibrium stability was analyzed using a linearized matrix of the equation describing the system. The stability criteria of coupled torsional–lateral motions are provided, and the influences of the electromagnetic and mechanical parameters on mechanical vibration stability and nonlinear behavior were investigated. These results provide better understanding of the nonlinear response of an eccentric PMSM rotor system and are beneficial for controlling and diagnosing eccentricity.     

雨刮器非线性摩擦振动的稳定性与分岔特性

针对雨刮器建立2自由度非线性摩擦振动动力学模型,基于复模态理论计算复特征值并进行稳定性及其对刮刷速度的依赖性分析;通过数值计算分析摩擦振动对刮刷速度的分岔特性,并利用相轨迹、庞加莱映射、频谱特性分析不同刮刷速度下的非线性振动现象.研究发现:摩擦-速度特性的负斜率是导致系统不稳定的根本原因,增大刮刷速度有利于提高系统的稳定性;在高、低刮速区,随着刮刷速度的下降,系统振动形态遵循周期→准周期→混沌的演化规律,并会伴随显著的粘滑振动;仅高速区的周期振动和非振动条件下,刮刷时无附加的粘滑振动.     

基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域, 为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏, 有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究. 本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET), 研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制. 基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程, 通过设计非线性弹簧?质量块构型的NTET, 进一步开展了涡激振动控制的实验研究, 并与理论预测结果进行了较好的对比, 获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值. 研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响. 本文研究结果表明, 该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率. 在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时, 有更好的减振效果. 当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱, 会降低涡激振动控制性能. 参数分析表明: 随着涡激振动控制性能的提升, 圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大, 能量传递效率逐渐提高. 研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.      

失谐周期结构中振动局部化问题的研究进展

周期结构在工程中有很多应用实例, 其具有频率通带和禁带等特殊力学性质. 失谐可使周期结构的力学特性产生本质变化, 即失谐周期结构中存在振动局部化现象.局部化破坏了周期结构模态的规则性, 在外激励下会使结构某些部位的响应幅值过大, 产生能量积聚, 甚至导致结构发生疲劳破坏. 因此分析失谐周期结构中振动和能量的传播方式与规律具有重要的理论与实际意义, 可以为重要子结构的振动控制和减振设计提供理论依据. 针对一维直线型周期结构、循环周期结构以及二维周期结构等, 综述了其中的振动局部化问题的研究现状,主要集中于力学模型的建立、振动局部化问题的研究内容、分析方法和主要研究结果等, 并提出了值得进一步研究的问题.      

振动系统动力学设计迭代算法及解的存在性讨论

振动系统动力学设计被抽象为高维广义非线性特征值反问题。若系统构成以可变参数表示，则可构造一个非线性多元函数。基于多元函数极小原理，提出了一套求解这一特征值反问题的迭代算法。该算法不受系统给定阶数和给定方向的限制，也适用于具有重特征值的退化情况，系统或结构的构成材料可以是任意的。文中同时讨论了解的存在条件，且以显式表达，可方便地应用于工程实际。结合某直升机旋翼桨叶的动力学设计，给出了应用的数值算例。大量数值仿真结果及应用实践表明，本文算法具很好的收敛性，并有较高的计算精度。     

Coupled lateral-torsional-axial vibrations of a helical gear-rotor-bearing system

Considering the axial and radial loads, a math- ematical model of angular contact ball bearing is deduced with Hertz contact theory. With the coupling effects of lateral, torsional and axial vibrations taken into account, a lumped-parameter nonlinear dynamic model of helical gearrotor-bearing system （HGRBS） is established to obtain the transmission system dynamic response to the changes of dif- ferent parameters. The vibration differential equations of the drive system are derived through the Lagrange equation, which considers the kinetic and potential energies, the dis- sipative function and the internal/external excitation. Based on the Runge-Kutta numerical method, the dynamics of the HGRBS is investigated, which describes vibration properties of HGRBS more comprehensively. The results show that the vibration amplitudes have obvious fluctuation, and the frequency multiplication and random frequency components become increasingly obvious with changing rotational speed and eccentricity at gear and bearing positions. Axial vibration of the HGRBS also has some fluctuations. The bearing has self-variable stiffness frequency, which should be avoided in engineering design. In addition, the bearing clearance needs little attention due to its slightly discernible effect on vibration response. It is suggested that a careful examination should be made in modelling the nonlinear dynamic behavior of a helical gear-rotor-bearing system.