具有高次项非线性振动系统的分岔与混沌分析

对含有5次项非线性力的振动系统在简谐激励上的动态特性进行了渐近分析,得到了系统的主共振曲线方程;并对系统的分岔和混沌特性进行了数值研究,发现此类非线性振动系统具有倍周期分岔、阵发性分岔、倍周期倒分岔和混沌等复杂的动力学行为。     

Duffing方程的分岔与混沌

Duffing方程是非线性振动系统中的一种具有代表性的微分方程式,许多工程实际中的非线性振动问题都可以利用该数学方程来研究。本文应用动力系统的分岔理论和混沌理论,研究在五次非线性恢复力、一个激励和一个外力作用下的Duffing方程。用理论解析法以及数值仿真的方式求出方程自由振动、强迫振动、混沌振动。用数值仿真(分岔图、相图、庞加莱映射图)研究了该系统的复杂动态。这些数值仿真展示了周期倍化序列到混沌、混沌和周期窗口的交替出现以及混沌的突然消失等动态行为。     

齿面摩擦激励对面齿轮传动系统 振动特性的影响

以正交面齿轮传动系统为研究对象,建立了考虑齿面摩擦激励的面齿轮传动系统非线性动力学模型,基于4~5阶的自适应变步长的龙格库塔法对该模型进行数值仿真求解,结合分岔图、时间历程图、poincare图等分析齿面摩擦系数对系统的振动特性的影响,并研究不同参数对系统响应发生倍周期分岔时摩擦系数临界点的影响。结果表明:系统响应随齿面摩擦系数的增大依次呈现出单周期简谐响应、倍周期次谐响应、混沌响应;面齿轮齿宽和圆柱齿轮驱动扭矩越大,系统响应发生倍周期分岔时的摩擦系数临界点数值越大,且随着齿宽和驱动扭矩的增大,其摩擦系数临界点变化曲线斜率越小,驱动扭矩对其变化曲线斜率较齿宽影响大;面齿轮齿数和系统齿侧间隙越大,系统响应发生倍周期分岔时的摩擦系数临界点数值越小,其摩擦系数临界点变化曲线斜率随面齿轮齿数增大而减小,而齿侧间隙对其变化曲线斜率基本没有影响。     

参数激励非线性振子的混沌发生机制

本文用数值计算方法,考察了一类参数激励非线性振子在系统混沌参数临界值附近的行为,并着重研究了系统混沌发生的机制,即系统由周期运动向混沌状态过渡的道路问题.发现该系统中并存着倍周期分岔和阵发混沌两条道路,并且随参数的改变,系统的运动出现“跳跃”现象.     

双盘裂纹转子的非线性动态响应与混沌

研究了含有居中盘和悬臂盘的转子轴上出现裂纹时盘的非线性动态响应。在推导出系统的动力学方程的基础上进行了数值求解。由结果可以看出，盘的摆振在无裂纹的一般为与转速相同的同频振动，一旦裂纹出现，摆振一般为转速的倍频运动。裂纹的深度，转子转速，外阻尼和转子不平衡量对盘的非线性响应有很大影响。增大阻尼和不平衡量会抑制混沌运动。系统运动进入混沌的道路主要有3条：拟周期进入混沌，拟周期经拟周期分叉进入混沌，阵发性进入混沌，阵发性混沌过程中随时间变化存在倍周期分叉现象。     

非线性粘弹性杆纵向激励下的混沌行为

本文基于Melnikov法对非线性粘弹性杆纵向激励下的动力学行为进行研究.首先,利用RitzGalerkin原理将杆纵振时的动力控制方程转化为非线性微分方程—Duffing振子方程;然后,通过Melnikov函数得到系统进入混沌的阈值.为了研究外部激励与混沌运动之间的关系,进行了一系列的数值计算,得到了以外激振幅为分岔参数的分岔图、X-T关系曲线图、X-X相平面图、庞加莱映射图以及对应的功率谱,从而具体描述了系统的动力学行为.研究表明:非线性粘弹性杆在纵振时由定常运动通过倍周期分岔进入到了混沌运动,其本构方程中的二次非线性项对系统的非线性动力响应影响较大;系统的混沌阈值随外激振幅的不断增大而逐渐减小.     

非线性不平衡转子-轴承-密封系统的动力学行为研究

建立了同时考虑非线性油膜力和非线性密封力的转子-轴承-密封耦合系统的动力学方程,并采用数值模拟的方法对这个耦合系统的分岔和混沌行为进行了研究,通过系统响应随转子转速变化的分叉图和最大Lyapunov指数曲线图、一些典型的Poincare截面图、轴心轨迹图和时间响应图来反映系统响应从周期运动通过倍周期分岔,最后到达混沌的运动及其演变过程。     

非线性悬挂对Cooperrider转向架蛇行特性的影响

以Cooperrider转向架为研究对象,分析二系悬挂横向非线性弹簧对系统Hopf分岔的影响情况。对转向架非线性动力学模型进行数值分析的结果表明具有硬特性的非线性弹簧会降低蛇行运动幅值。不仅如此,非线性弹簧会在一定程度上延迟混沌运动、倍周期运动等非线性现象的出现。因此,为了减少轮轨磨耗,提高转向架的运行品质,可在二系悬挂横向处设置具有硬特性的非线性弹簧。     

含多吸引子的忆阻混沌系统的分析与实现

采用磁控忆阻器作为Sprott-J系统的负反馈,构造了一个新的具有无限平衡点的4维忆阻混沌系统,将所有的非线性项都集中在一个方程中．分析系统的耗散性、平衡点集的存在性和稳定性,以及Lyapunov指数和维数,利用分岔图和Lyapunov指数谱观察并研究该混沌系统的动力学特征．Matlab数值仿真结果表明,新系统是耗散系统且具有1个线平衡点集．动力学分析结果表明,新忆阻Sprott-J系统在改变参数时存在反倍周期分岔现象,改变初始条件时,系统出现多吸引子共存现象．研究系统在不同初始条件和系统参数下的分岔特性,得到系统混沌与混沌、混沌与周期、周期与周期共存的多吸引子特性．采用Multisim软件对系统进行电路模拟及数值仿真,结果表明,数值仿真结果与相应的电路结果相吻合,验证了新忆阻Sprott-J混沌系统的物理可行性．研究为忆阻Sprott-J混沌系统在图像加密领域的应用提供了理论基础．     

一种非线性弹性支承转子系统的非线性特性研究

研究了在飞机水平盘旋下非线性弹性支承转子系统的非线性响应,及其分叉和混沌现象.建立了非线性弹性支承下转子系统的模型和运动微分方程,运用Runge-Kutta法对系统进行仿真计算,对在同一非线性情况下转子和支承响应进行分析比较.数值仿真结果表明:由于非线性因素产生在支承处,非线性出现在一倍和二倍临界转速处,并在临界转速附近会出现较复杂的混沌运动;当转速较高时,多出现倍周期、拟周期、周期运动,同时非线性弹性支承转子系统仍具有自动定心功能.     

考虑非线性动力效应的精密机床主轴回转精度模拟

研究了在转速改变情况下,机床主轴系统回转精度的非线性、非平稳特性,并以此模拟了机床主轴系统中非线性动力效应对其主轴回转精度的影响,且建立了一种主轴动态回转几何精度与非线性动力学效应的作用范式.以机床主轴系统的转速参数变化非线性动力学特性的分岔参数,模拟了主轴回转系统轴心轨迹图、相图、分岔图、庞加莱图等.通过建立考虑主轴支承系统非线性影响因素的动力学方程,分析了主轴系统转速变化对系统动态特性的影响.仿真结果表明,随着转速增加,系统出现2个混沌响应区域,进入混沌的主要途径是倍周期分岔.从理论上证明了通过选择合理的主轴工作转速,可提高机床主轴回转系统的运行稳定性.     

考虑耦合刚度时含裂纹转子的非线性响应

以开闭裂纹模型为基础，考虑了轴主刚度与耦合刚度的影响，建立了含裂纹转子的非线性运动微分方程。采用Newmark-p法对方程进行数值计算，分析了转速比、裂纹大小和不平衡量等因素对裂纹转子系统响应的影响。针对裂纹转子非线性响应的特点，从有利于故障诊断的角度出发，提出了周期采样峰-峰值(PSP)图，为提取响应的周期、拟周期和混沌运动的特征量提供了一种新方法。结果表明，随着参数变化，响应中存在拟周期、混沌运动和分岔现象；当不平衡量较大时，系统在8／3倍临界转速附近存在大量的拟周期运动。     

一类三自由度碰撞振动系统的Poincaré映射的对称性，分岔及混沌

考虑了一类具有对称刚性约束的三自由度碰撞振动系统.建立了系统的Poincaré映射,并导出了Poincaré映射的对称性.把映射不动点的稳定性与分岔理论应用于该系统,分析表明Poincaré映射的对称性完全抑制了对称周期n-2运动的周期倍化分岔,Hopf-flip分岔和pitchfork-flip分岔,并证明了两个反对称的周期n-2运动具有相同的稳定性.数值模拟得到了对称周期n-2运动的音叉分岔,Hopf分岔和Hopf-Hopf分岔.此外,通过Poincaré截面投影相图的形式研究了由音叉分岔通向混沌的路径.     

非线性油膜力作用双跨转子系统动力学特性研究

依据非线性转子动力学理论,建立了符合实际情况的非线性油膜力作用下双跨轴承-转子系统的动力学模型,利用数值模拟分析了非线性油膜力对转子系统耦合故障响应的影响,研究了在不同工况下系统的分岔与混沌运动,得到了非线性响应的时域波形图、轴心轨迹图和幅值谱图,分析了系统的周期运动、拟周期运动以及混沌运动等复杂的运动形式及其演变过程,发现了该系统丰富的非线性行为。     

轴向约束二维亚音速悬臂板的非线性颤振研究

研究了受轴向位移约束的二维悬臂板在亚音速流中的非线性颤振行为。采用微分求积法(DQM)对运动微分方程进行离散,通过龙格库塔法对系统的非线性响应进行数值模拟,并依据分岔图、平面相图对本系统的非线性颤振响应进行分析。结果表明:悬臂壁板在亚音速气流中会出现复杂的非线性颤振运动。     

汽车后雨刮器齿轮连杆机构非线性动态性能分析

齿侧间隙、外部动态激励等为控制参数,利用 MATLAB/SIMULINK 对连杆齿轮非线性动力学模型进行数值 仿真。结果表明,随着齿侧间隙不断增大,系统由 2 周期响应过渡到 4 周期响应,系统动载荷幅值先减小后增大, 机构系统也趋于不平稳状态;随着输入转矩不断增大,系统由 2 周期响应逐渐过渡到混沌,系统动载荷幅值增大, 当输入转矩过大时,机构系统变为混沌状态。由此在控制齿侧间隙、外部动态激励在某一范围,能有效的控制齿 轮系统的非线性振动响应。该研究成果为齿轮连杆机构设计制造和安装以及参数优化提供了理论支撑。     

含无畸变传输线电磁系统中的非线性现象分析

建立了终端接二极管的含无畸变传输线无穷维电磁系统模型,利用特征法并结合系统边界条件得到了系统左端点处电压的Poincaré映射关系.应用非线性动力学理论分析了左端点处电压映射的定点稳定性及其动力学过程.结合数值仿真结果,详细分析了随参数变化系统发生的分岔与混沌现象,并对直流偏置电源对系统动力学行为的影响进行了研究.研究结果表明,在一定参数条件下,该电磁系统存在分岔、混沌、间歇性混沌等复杂的非线性动力学行为,直流偏置电源的存在加速了由倍周期分岔通向混沌的过程.     

拟周期激励下非线性半车模型的混沌振动研究

为了克服单一频率路面激励下车辆悬架模型不能真实反映实际车辆的非线性动力学特性问题,建立了双频拟周期动态路面激励函数,并构建了4自由度非线性1/2车辆悬架模型.运用庞加莱图、相位图,功率谱密度分析了车辆4自由度非线性半主动悬架模型通过凹凸不平路面时的动力学特性,得到了系统发生混沌振动时的激励振幅和振动特性,即车辆通过凹凸不平路面时的振动特性为:拟周期→过渡态→混沌态.同时通过调整弹簧刚度系数,有效抑制了混沌振动的发生.研究结果表明:双频拟周期激励下的4自由度非线性半主动悬架模型模拟更能接近实际情况,这有助于汽车悬架的设计和路面铺装设计.     

一类初弯曲转子的裂纹-碰摩故障响应分析

摘要: 为了研究裂纹-碰摩耦合故障的一类初弯曲转子系统响应特性,在考虑转轴变形、非线性油膜力与碰摩力作用的基础上,结合由中性轴理论确定的裂纹开闭规律,建立该类故障转子的动力学方程,利用Poincaré截面和分岔图的变化分析初始弯曲程度与裂纹深度对系统振动响应特性的影响.结果表明：含初弯曲时系统振动响应在临界转速附近的混沌区域比无初弯曲时大,随着裂纹深度的增加,混沌区域逐渐缩小;初始弯曲的运动特性在浅裂纹情况下起主导作用,当裂纹深度较大时,系统振动响应随着初始弯曲程度的增大交替出现由周期演变为混沌状态的过程,混沌响应特性也可发生较大变化.     

中厚板轧机垂直振动的非线性

根据4200轧机的实际参数,建立了轧机的两自由度非线性振动模型。采用Matlab软件编程求出了振动方程的数值解,并用分岔图和庞加莱映射的方法分析了振动系统随参激角频率变化的拟周期运动和混沌运动现象,以及轧件的刚度变化幅值对轧机振动状态的影响。结果表明,参激频率靠近固有频率附近,轧件的刚度较大时,轧机系统的非线性特征越显著,越容易失稳。