多稳态串联折纸结构的非线性动力学特性

折纸结构和折纸力学超材料由于其无穷的设计空间、出色的变形能力、超常规力学特性和广泛的应用前景,最近受到了学术界和工程界的 广泛关注.特别地,某些折纸结构单胞由于具有独特的双稳态特性而获得深入研究.注意到折纸结构和折纸超材料通常由多胞构成,但多胞 结构的多稳态特性及其诱发的动力学行为尚不清晰,相关的研究还较少.本文在双稳态Miura-ori堆叠结构单胞的基础上,研究由两个异构 双稳态单胞基于力平衡串联而成的结构.静力学分析指出,双胞串联结构具有4个定性不同的稳定构型,呈现出多稳态特征.动力学分析指 出,双胞串联结构在4个稳定构型处具有显著不同的固有频率特征. 逐渐增大激励幅值,双胞串联结构的多稳态特性诱发出类型丰富的复杂 非线性动力学响应,包括亚谐、超谐甚至混沌的阱内和阱间振动. 根据幅值特征,我们将稳态动力学响应分为九类,并开展了动力学响应的 吸引盆和吸引盆稳定性分析.结果表明,不同类型动力学响应的吸引盆稳定性(即出现概率)显著不同,且与激励幅值密切相关.本文得到的 多稳态双胞串联结构的静力学特性、动力学响应的分类,以及吸引盆稳定性相对于激励幅值的演化规律,对深入认识多稳态折纸结构的非 线性动力学特性,调控非线性动力学响应具有参考价值和指导意义.      

超声珩磨作用下两空化泡动力学特性

为了探讨超声珩磨作用下磨削区的空化机理,基于速度势叠加原理,考虑超声珩磨速度和珩磨压力,建立了磨削区两空化泡的动力学模型. 数值模拟了磨削区空化泡初始半径、两空化泡间距、超声声压幅值、珩磨压力、珩磨头转速对磨削区两空化泡动力学特性的影响. 研究表明,考虑两空化泡之间的相互作用时,要想获得良好的空化效果,可将两空化泡初始半径之比控制在3 倍以内;选择较高的超声波声压幅值与较低的珩磨压力,并且使超声波声压幅值与珩磨压力和液体静压力之差介于0.66~1.89MPa 之间;增大珩磨头转速空化泡溃灭也略有加速;通过试验测量材料表面粗糙度的方法间接验证了理论分析的合理性.      

带有两端支座松动故障的转子系统的振动分析

应用现代非线性动力学理论，分析了带有两端支座松动故障的转子-轴承系统的复杂运动现象。模拟结果表明：带有两端支座松动故障的转子-轴承系统运动在未到共振区时以周期运动为主，在过共振区后，运动形式以拟周期和混沌为主，两个松动支座的振动在一定程度上相互抑制。同时，当支座发生松动时，轴颈的轴心轨迹以及支座的Poincare截面图和相轨迹都呈现出特殊的形状，并且这些形状又随松动支座的振幅是否达到最大间隙值而有所不同。上述结论可望为转子-轴承系统的松动故障的研究及故障诊断提供理论参考。     

机械密封三维稳态模型及密封性能分析

针对接触式机械密封,建立了包括轴向模式和角向模式的三维稳态力学模型,考虑密封环端面接触及液膜空化,提出了数值求解方法,计算了在稳定工况下的泄漏率、液膜厚度、液膜压力和接触压力的分布形式,分析了动环初始安装误差,端面锥度等因素对接触式机械密封端面三维位置关系的影响.结果表明:初始安装误差、端面锥度对接触式机械密封的性能影响较大.所建数学模型和相关计算方法对接触式机械密封的优化设计具有一定的指导意义.     

三稳态压电俘能器的势能函数及对其性能的影响

基于压电本构方程、牛顿第二定律和基尔霍夫定律,推导了机械式三稳态非线性压电俘能器的数学模型,采用数值方法研究了压电俘能器的势能函数及其对系统动力学响应和俘能特性的影响,同时,分析了刚度比和弹簧位置参数对势能函数性状的影响.研究结果表明:三稳态压电俘能器系统的势能函数具有三个势阱且具有对称性,当系统初始位置位于较浅的势阱...     

基于有限差分-谱方法的分数阶Burgers流体的非稳态驻点流动

研究了分数阶Burgers流体通过拉伸平板的非稳态驻点流动问题。将分数阶导数引入Burgers流体模型可以更好地模拟流动过程,但也增加了模型的复杂性和求解难度。首次运用有限差分-谱方法求解分数阶Burgers流体模型,离散格式构造简单有效。采用谱方法对控制方程中的空间项进行离散,利用有限差分方法分别结合L-1和L-2算法离散控制方程中的时间项,给出了两种离散格式,并且通过构造数值算例证明了离散格式的收敛性。结果表明,在靠近平板处,速度随着分数阶导数的增加而减小,而无穷远处的流体速度呈现出相反的趋势,体现了分数阶导数的记忆特性。此外,雷诺数越小,流体的粘度越大,导致流体速度越大。由于松弛时间参数的松弛特性,靠近平板处松弛时间参数对速度分布有抑制作用,远离平板处松弛时间促进流体流动。     

不确定多通道信号鲁棒稳态估计

对于一类具有随机参数矩阵、不确定噪声方差、一步随机时滞、丢包和丢失观测的多通道自回归(Autoregressive,AR)信号系统,文章研究其鲁棒稳态Kalman滤波问题.应用状态空间方法,增广方法和虚拟噪声技术,混合不确定AR信号模型被转换为仅带不确定噪声方差和相同过程以及观测噪声的状态空间模型.根据极大极小鲁棒估计原理,基于带不确定噪声方差保守上界的最坏情形系统,提出了鲁棒稳态Kalman一步和多步信号预报器.证明了所提出的信号预报器的鲁棒性,即对于所有容许的不确定性,信号预报器的实际稳态预报误差方差被保证有相应的最小上界.仿真例子验证了所提出方法的正确性和有效性.     

一个具有超级多稳定性的忆阻混沌系统的分析与FPGA实现

为了进一步提高混沌系统的复杂性,用磁控忆阻器代替基于Sprott-B的四维混沌系统中的耦合参数,构建了一个五维忆阻混沌系统.通过分岔图、李雅普诺夫指数谱、相轨图、庞加莱映射等常规手段分析了系统的动力学行为.分析表明新系统具有丰富的动力学行为:不仅存在依赖于系统参数变化的周期极限环和混沌吸引子,还存在依赖于忆阻初始条件变化的无限多共存吸引子的超级多稳定现象.最后,基于现场可编程门阵列(FPGA)技术实现了忆阻混沌系统的数字电路,在示波器上捕捉到的相图与数值仿真一致,验证了忆阻系统的正确性与可实现性.     

非稳态温度场中二维流道截面弹性波传递过程的理论分析

针对燃料电池二维流道热弹性波的传递问题,采用经典的保形变换复变函数解析方法,考虑非稳态温度场,建立了二维流道表面动态热应力分布的理论解析模型,并得到了采用汉克尔函数表示的复函数解析解;为说明理论模型的可行性,本文进行了二维圆形和椭圆形流道表面动态热应力分布系数的计算。计算结果表明:非稳态温度场对流道表面的应力分布的影响与表面曲率相关,且瞬时冲击特性明显。     

基于H2O分子辐射吸收的高温测量

基于辐射吸收原理分析测量高温气体温度和组分浓度具有宽广的应用前景.当这种方法用于分析处于开放空间的高温气体中H2O分子的辐射吸收谱带时,环境大气中的水蒸气对测量分析会有很大影响.本文在介绍测量原理方法的基础上,分析了在指数宽带模型下环境因素与吸收系数的关系,基于将光程划分为始终由常温湿空气占据的部分和由高温火焰占据的部分这一简化假设对背景水蒸气的影响进行了修正,经对非稳态的汽油喷灯火焰进行试验测定分析,可有效消除在测量高温火焰中水蒸气参数的测算偏差,所得的时间序列结果基本反映了实际状况.