混沌振动磨机力学模型的建立与运动分析

随着工业化的不断发展,各应用领域对粉体的产量和超细化的需求越来越大,现有的粉磨设备普遍存在能耗大、效率低、物料粉碎单一等不足,从工艺到设备还有待于进一步的研究。本文在普通振动磨机的基础上,提出了混沌振动磨机并建立了混沌振动磨机的力学模型。通过对其进行运动分析和与普通振动磨机的对比得出,混沌振动磨机较普通振动磨机效率更高,节能性更强,同时混沌振动磨机可生产出普通磨机很难生产加工的纳米级颗粒。     

振动磨机稳态工作模型的试验研究

通过对振动磨机磨介群运动及工作过程的分析，研究了工况参数对振动磨机工作状态及其粉磨效果的影响，运用“灰箱”理论方法，建立了包括能量，给料和设备工况参数在内的振动磨机稳态工作模型，通过试验对模型进行论证。结果表明，该模型不仅客观地反映了其工作运行过程，而且还可有效地对磨机工作过程进行控制，可为拓动磨机的进一步应用和开发提供理论依据。     

受迫非线性振子的混沌研究

混沌是非线性系统特有的一种运动形式，关于混沌振动的研究已成为非线性振动中一个蓬勃发展的新领域。针对工程中的非线性振子系统的微分方程，进行了理论分析和参数仿真计算，并在一定范围内得出了方程出现混沌的参数值。在方程参数一定的情况下，发现了随着初始值的不同，该方程的解的状态有明显的不同。研究结果表明，该研究对工程实际应用有着重要的价值。     

齿轮系统Rattling动力学行为研究

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了单间隙齿轮系统Rattling分析的集中质量模型。计算了不同激励频率下齿轮系统振动性态随着激励幅值的增大而变化的规律。从计算得到的齿轮系统工作状态图,分析了齿轮系统振动噪声随着激励频率增大而变化的规律。计算结果还表明:激励频率在366.5 rad·s～1以下时,随着激励幅值的增大,齿轮系统由完全啮合状态的单周期振动直接激变为时而啮合时而脱啮碰撞状态的混沌振动,而在这一混沌区域内还有可能出现周期窗口;在完全脱啮的状态下,随着激励幅值的增大,某些激励频率下,依次出现单周期、三周期之后变为混沌振动;某些激励频率下,依次出现单周期、二周期、四周期的周期倍化变为混沌振动;以固有频率激振时,齿轮副在时而啮合时而脱啮碰撞的状态表现为四周期的周期振动,而且随着激励幅值的增大还会出现齿轮副完全啮合的单周期振动,之后又激变为完全脱啮的混沌振动,表现为更加复杂的非线性特征。     

基于混沌理论的滚动轴承故障诊断研究

采用小波包分析的方法对滚动轴承振动信号进行处理,提取滚动轴承特征信号,进一步应用混沌与分形方法研究了故障信号的混沌性,通过计算信号混沌特征量—关联维数,找出了内圈、外圈及滚动体状态信号在正常状态、轻微磨损状态、中度磨损状态、严重磨损状态下关联维数对故障状态的反应。实验结果印证了混沌方法用于研究该类型故障信号的可行性。     

砌块成型混沌振动激振器设计及振动特性分析

为解决混凝土砌块成形中普遍存在的密实度不均匀问题,提出了一种基于混沌振动的混凝土砌块成型机,其核心部件为混沌激振器。激振器采用偏心轴套偏心转盘的双偏心系统,系统具有较强的非几何线性,能够产生混沌振动。对激振器的振动特性进行研究,旨在获得激振器的真实振动频率范围。首先建立了该激振器基于动能、势能振动过程的数学模型,然后借助MATLAB的SIMULINK模块,对激振器振动过程进行仿真,实现对所建立振动过程数学模型的验证。振动状态方程和仿真结果均表明:两个偏心装置的振动状态为混沌振动,产生了接近全频的振动频率。最后通过PFC2D仿真模拟实际成型过程,发现混沌振动混凝土砌块密实度显著提高。     

转速激励下齿轮系统拍击振动的分岔特性

在考虑齿轮轴偏心质量、主动轴转速波动、轮齿时变啮合刚度及齿轮副齿侧间隙的情况下,建立了齿轮传动系统拍击振动分析的集中质量模型。计算了主动轴转速波动激励下齿轮传动系统振动性态随负载力矩变化的分岔规律。计算结果表明,随着负载力矩的减小,齿轮副依次出现三种振动状态,即:①完全啮合的振动状态; ②仅有齿面碰撞的脱啮碰撞振动状态;③同时具有齿面碰撞和齿背碰撞的脱啮碰撞振动状态。通过倍周期分岔, 系统振动由周期转变为混沌,而在混沌区域中还存在一些周期窗口。齿轮副在振动状态转变的过程中均出现了跳跃现象,而跳跃过程的振动周期并不改变。分岔过程揭示出系统具有复杂的非线性特征。     

双动力源驱动下的热连轧机振动特征

对现场监测信号进行分析,发现热连轧机存在扭振和垂振的耦合振动现象,其振动特征受双动力源作用的影响。建立热连轧机上工作辊分段非线性动力学模型,用Matlab编程进行仿真研究得知：主传动系统扭振和液压压下系统垂振能同时传递给工作辊而影响其振动特征;改变轧制力波动量和扭矩波动量之间的相位角,水平振动和垂直振动也随之发生较大变化;进一步改变轧制力、电机扭矩波动幅值大小时,辊系振动出现分岔和混沌等特性,随着外激励幅值的变化,辊系将表现出周期、倍周期和混沌等不同振动状态。仿真和实测结果相吻合,证明热连轧机上工作辊分段非线性动力学模型的正确性。     

基于齿面摩擦的直齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的直齿轮副6自由度弯曲-扭转耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立了系统的振动微分方程。依据接触线的位置,推导了齿面摩擦和摩擦力矩的数学表达形式。分析了齿面摩擦对系统周期振动状态、混动运动状态及分岔特性的影响。结果表明,齿面摩擦加剧了齿轮副的振动,且对垂直于啮合线方向的振动影响最为明显;齿面摩擦导致系统的混沌程度降低,且在一定情况下,系统的混沌吸引子可能转化为周期吸引子;齿面摩擦导致系统的分岔变得模糊,且导致系统提前进入混沌运动状态。     

齿轮系统的拍击振动分析模型

在考虑主动轴驱动转矩波动及齿轮副齿侧间隙的情况下，建立了单间隙齿轮系统拍击振动分析的集中质量模型，该模型具有3个转动自由度。利用碰撞动力学原理给出了齿轮副相互碰撞前后的速度映射关系。计算结果表明，当激励幅值较小时，齿轮副处于齿面啮合状态，系统表现为与激励周期相同的单周期振动；当激励幅值较大时，齿轮系统表现为时而齿面啮合、时而脱啮碰撞状态且无规律，为典型的混沌状态；当激励幅值很大时，齿轮系统处于非正常啮合状态且脱啮碰撞，系统呈周期或拟周期振动。     

吊放声呐绞车吊缆振动分析

为了准确模拟航空吊放声呐绞车工作时吊缆的运动形态,以某型号航空绞车为研究对象,基于单摆原理,建立吊物摆动数学模型;根据柔性体振动特性,推导出机身与风载荷作用下吊缆的振动微分方程,采用显式差分法完成微分方程的求解。通过仿真算例研究了不同激励频率下吊物的摆动幅度变化及吊头激励位移对吊缆振动的影响,结果证明了理论及算法的准确性。     

飞机外挂物新型振动试验夹具研究

振动试验是考察飞机外挂物是否满足挂飞条件的重要试验项目,有科学合理的试验夹具才能准确模拟外挂物的实际挂飞状态。针对国内现有振动试验方法的不足,文中提出了一种新型试验夹具,并采用该夹具和传统刚性夹具对吊舱进行了随机振动仿真分析,最后将仿真结果与挂飞实测结果进行了对比分析。结果表明,新型夹具模拟出的振动环境更加逼近真实挂飞情况。该新型振动夹具弥补了国内现有试验夹具的不足,为行业内振动夹具乃至试验方法的改进探索出了一种新的可行方案。     

受简谐激励弹簧测力机构的主共振与奇异性分析

应用拉格朗日方程，得到有阻尼弹簧测力机构在简谐激励作用下具有周期系数的非线性运动微分方程Duffing-Mathieu方程；根据非线性振动的多尺度法，求得系统满足主共振情况的一次近似解以及对应的定常解，并对其进行数值计算，分析激振力、谐调值、阻尼、弹簧刚度等对系统的影响。应用奇异性理论分析方法得到系统主共振稳态响应的转迁集和分岔图。揭示一些新的动力学现象。     

主动控制传动链振动的一种方法

传动链振动会使终端工作部件运动不平稳，定位精度差，降低机器工作精度．本文对传动链振动进行了实测，分析出振源，采用新的同频谱建模思想建立了相应的非线性振动方程，并设计了一种非线性积分控制器作为主动消振控制器．仿真结果表明，该消振控制器效果令人满意．     

Nonlinear free and forced vibration of simply supported shear deformable laminated plates with piezoelectric actuators

This paper deals with the nonlinear vibration and dynamic response of simply supported shear deformable cross-ply laminated plates with piezoelectric actuators subjected to mechanical, electrical and thermal loads. The material properties are assumed to be independent of the temperature and electric field. Theoretical formulations are based on the higher order shear deformation plate theory and general von Kármán-type equation, which includes thermo-piezoelectric effects. Due to the bending and stretching coupling effects, a nonlinear static problem is first solved to determine the pre-vibration deformation caused by temperature field and control voltage. By adding an incremental dynamic state to the pre-vibration state, the equations of motion are solved by an improved perturbation technique to determine nonlinear frequencies and dynamic responses of hybrid laminated plates. The numerical illustrations concern nonlinear vibration characteristics of unsymmetric cross-ply laminated plates. The results presented show the effects of temperature rise, applied voltage and stacking sequence on the nonlinear vibration and dynamic response of the plates.     

随机激励下掘锚联合机纵向非线性振动特性分析

将虚拟仿真方法、Bekker模型、Newmark-β法相结合,分析了打顶部锚杆孔时掘锚联合机的非线性振动特性。采用DYNA虚拟仿真获得锚杆钻头的阻力载荷,利用采样定理对载荷进行离散化处理,作为钻头的随机工作载荷;采用Bekker模型描述了掘进机履带与巷道底板间的非线性行为,再根据牛顿运动学定律建立了掘锚联合机多自由度非线性振动方程,利用Newmark-β法对方程进行了求解,分析了整机的振动特性,结果表明：受履带与底板间非线性接触力的影响,整机振动处于混沌态;锚杆钻机工作时,整机虽然存在着俯仰和横滚振动,但振动量很小,整机的竖直振动占主导地位。对掘锚联合机的振动特性进行了现场实验,测量打10组锚杆孔时掘进机本体的振动量,测量结果中有6组的振动量均方根值接近仿真值（1.5mm）,实验结果表明掘锚联合机的非线性模型在一定程度上可以视为是准确的。     

金属橡胶非线性隔振系统混沌特性

对金属橡胶非线性隔振系统的混沌特性进行了研究。推导了系统振动的状态方程,计算了系统的Lyapunov指数,并根据给定的参数绘制了系统的时间历程图、相轨迹图,证明了系统存在混沌运动。通过系统响应频谱图的分析,说明了金属橡胶非线性混沌振动在线谱控制中的重要作用。用数值方法分析了激励参数与隔振器参数对金属橡胶隔振系统动力学特性的影响,依据系统随各参数变化的分岔图,指出了系统产生混沌运动时各参数的取值范围,从而得到了金属橡胶非线性隔振系统产生混沌振动时各参数选取的一般方法,为金属橡胶非线性隔振系统的混沌特性应用打下了基础。     

电阻电感非线性RLC电路弹簧耦合系统3次超谐共振

研究电阻和电感非线性RLC(resistance-inductance-capacitance)电路弹簧耦合系统的非线性振动,应用拉格朗日-麦克斯韦方程,建立受简谐激励的具有电阻和电感非线性RLC电路弹簧耦合系统的数学模型.根据非线性振动的多尺度法,得到系统满足3次超谐共振条件的一次近似解以及对应的定常解.对其进行数值计算,分析系统不同参数对响应曲线的影响.增大激励电压、极板面积和非线性电阻系数,响应曲线振幅和共振区变大.增大极板间距、线性电感系数和线性电阻系数,响应曲线振幅和共振区变小.系统的固有频率随极板间距增大而增大,随极板面积和线性电感系数的增大而减小.     

非接触机械密封的非线性动特性系数及瞬态振动响应分析

建立了考虑倾斜情况的弹性补偿单元支撑的非接触机械密封瞬态振动响应分析模型,该模型包括了瞬态Reynolds方程、运动方程以及二阶非线性动特性系数求解方程等。采用Euler法求解获得了非接触机械密封在轴向振动位移和静环倾角随时间变化时的瞬态振动响应特性。计算得到瞬态油膜力作用下的密封轴向力和倾覆力矩相关的14个动特性系数。结果表明：密封间隙内流体阻尼对密封副和摆动的影响是线性的;密封副瞬态振动影响油膜厚度分布,从而引起油膜压力分布发生变化,结果导致密封环发生摆动;密封副摆动同样也会引起密封轴向振动。