两自由度轧机非线性扭振系统的振动特性及失稳研究

建立了含有非线性刚度和非线性摩擦阻尼的两自由度轧机非线性扭振动力学方程,研究了该非线性方程在电机加载力矩作用下的振动特性。首先通过坐标变换消除恒定加载力矩影响,得到轧机在稳态点附近的等效非线性扭振方程。其次采用平均法得到轧机受外部周期激励时的主共振幅频方程,并应用奇异性理论得到系统的转迁集以及系统出现各种分岔行为的条件。最后以某轧机实际参数为例,研究了不同非线性因素对轧机传动系统的幅频特性影响以及轧机出现失稳振动的条件,这为研究和抑制轧机传动系统的扭振提供了理论基础     

考虑轧制界面粗糙形貌的轧机辊系非线性振动特性研究

轧制界面的粗糙形貌可导致界面行为的根本变化,极大地影响着轧机辊系的动力学响应行为。考虑轧制界面粗糙形貌的影响,建立了轧机辊系系统的非线性垂直振动动力学模型,计算了具有不同粗糙形貌轧制界面的轧机辊系系统非线性刚度特性和固有频率特性,并与采用Duffing振子描述界面刚度的传统轧机模型进行了对比。采用多尺度法求解了考虑界面粗糙形貌影响的轧机系统主共振幅频特性方程,并推导了系统受迫振动响应的跳跃频率和跳跃幅值表达式,分析了轧制界面粗糙形貌、激励载荷、非线性刚度率和阻尼对轧机辊系系统动力学响应特性的影响,为抑制轧机振动提供有效的理论参考。     

含间隙强非线性扭振系统的分岔行为研究

建立了含间隙旋转机械强非线性扭振系统的动力学方程。应用MLP法求解谐波激励下强非线性系统的解析近似解,并运用MLP法与多尺度法结合的方法得到该系统的分岔响应方程。采用奇异性理论研究了系统在非自治情形下的分岔特性,得到不同参数下系统的分岔形态。最后通过具体算例,利用数值模拟的方法得到系统在强非线性项参数变化下的分岔行为,发现随着系统参数变化系统发生周期运动、倍周期运动以及混沌等多种运动形态的复杂动力学行为。研究结果为分析间隙引起的旋转机械传动系统扭振特性提供一定的理论指导和参考。     

非线性弹簧支承悬臂输液管道的分岔与混沌分析

研究悬臂输液管道系统在自激励、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学行为,揭示系统运动的规律。建立了非线性弹簧支承悬臂输液管道的运动微分方程,以线性弹簧支承条件下悬臂梁的固有频率和振型函数作为近似,采用李兹-伽辽金方法对非线性运动微分方程进行离散化,经过数值计算,利用分岔图、相图和功率谱图分析系统的非线性动力学响应,得到了流体平均流速和流体与管道质量比对系统周期运动和混沌运动的影响规律。研究结果表明,当流体平均流速较小时,系统的响应首先表现为周期运动,随着流体平均流速的增大,系统的响应通过系列倍周期分岔而进入混沌运动,又经由系列倍周期倒分岔转化为周期运动。随着流体与管道质量比的减小,系统出现混沌运动的临界流体平均流速值减小,这说明通过改变流体与管道质量比参数可以控制系统的振动形态。     

一类非线性相对转动系统的动力学行为及其机理分析

研究了一类具有非线性刚度的相对转动系统的动力学行为。应用Routh-Hurwitz稳定性理论判断了相对转动系统平衡点的稳定性。应用分岔理论研究了平衡点失稳时的分岔行为,推导了平衡点产生fold分岔的条件,进而通过仿真得到了平衡点在双参数平面上的分岔集及单参数分岔曲线,研究了不同参数区域内平衡点的个数以及稳定性问题。应用分岔图研究了相对转动系统随平方非线性刚度系数及激励角频率变化的全局动力学行为,获得了周期三以及混沌等动力学行为。通过调整平方非线性刚度系数得到了慢变外激励下相对转动系统中的对称式和不对称式fold/fold簇发行为。     

轴向变速运动大挠度薄板的非线性动力学行为

研究轴向变速运动大挠度薄板横向振动的稳定性及分岔现象。在von Kàrmàn非线性大挠度板理论基础上, 利用达朗贝尔原理建立系统的动力学模型。通过Galerkin截断, 将时间变量和空间变量、位移函数和应力函数耦合在一起的偏微分方程离散, 得到系统运动常微分方程。利用数值方法分析板随平均速度、速度脉动幅值和外激励力变化时的运动分岔行为。利用最大Lyapunov指数和Poincaré映射图识别系统的动力学行为。结果发现, 当板的某些参数变化时, 系统出现分岔现象。不同参数时, 系统呈现周期运动、倍周期运动、概周期运动, 甚至混沌运动。     

一般支承条件下输流管道的非线性动力学特性研究

摘要: 研究两端一般支承垂直放置的输流管道系统,采用非线性动力学分析方法,研究其在自激、参数激励和外激励联合作用下的非线性动力学特性,分析系统出现混沌运动的参数条件和进入混沌运动的途径。数值仿真结果表明,随着平均流速和质量比的增大,系统响应交替出现周期和混沌运动两种形态。系统进入混沌运动的途径为倍周期分岔,由混沌转化为周期运动的途径为倍周期倒分岔。混沌运动和周期运动出现的参数与流体的平均流速和管道端部的支承/约束刚度有很大关联,随着管道端部约束刚度的增大,系统出现混沌运动的区域减小,说明管道端部的约束刚度有益于抑制混沌运动的发生。     

结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响

机翼非线性颤振系统中的混沌运动是一种复杂的非线性动力学现象,研究结构参数对机翼非线性颤振系统混沌运动特性的影响,对非线性动力学系统的混沌运动控制具有重要意义。建立具有立方型非线性操纵刚度的带操纵面二元机翼的颤振方程,采用数值积分方法分别获得该非线性颤振系统在不同阻尼水平和不同操纵刚度下的分岔特性图。对分岔特性图进行对比分析结果表明：操纵面的操纵刚度并不影响系统的混沌运动特性,而操纵面偏转自由度或机翼俯仰自由度上的阻尼将会影响系统混沌颤振区域内的周期窗口,进而影响系统的混沌运动特性,特别是两自由度中任意一个的阻尼水平减小到一定程度时,系统混沌颤振区域内的周期窗口都将会消失;但是,单一的减小某个自由度上的阻尼水平,会使机翼非线性颤振系统的颤振临界速度降低。为了使得该系统在混沌颤振区域内不产生周期窗口又不降低其颤振临界速度,可采用在减小俯仰自由度阻尼的同时增大操纵面偏转自由度阻尼的方法。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

参数激励驱动微陀螺系统的非线性振动特性研究

对于一类典型的切向梳齿驱动型微陀螺,建立两自由度、具有刚度立方非线性和参数激励驱动的微陀螺系统动力学模型。考虑主参数共振和1∶1内共振的情况,利用多尺度法获得周期解的解析形式,并利用分岔理论,得到Hopf分岔条件,结合数值模拟系统的动力学响应,揭示系统参数对驱动和检测模态振幅和分岔行为的影响机制。研究结果表明,在1∶1内共振和较大的载体角速度下,激励频率的变化容易引起微陀螺振动系统的多稳态解、振幅跳跃现象和概周期响应等复杂动力学行为。     

单辊驱动轧机水平非线性参激振动机理研究

在考虑轧辊和轧件间摩擦力和水平方向非线性刚度和阻尼的基础上,建立了单辊驱动轧机水平非线性参激振动模型,用多尺度法求解了振动系统在主参数共振情况下的一阶近似解,给出了振动系统的频率响应方程,用数值方法研究了定常解的稳定性,并用分岔图、Poincare映射和Lyapunov指数方法分析了刚度波动对轧机水平非线性参激共振的影响。     

基于动态贝叶斯网络与DS证据理论的轧机颤振监测方法

提出了基于动态贝叶斯网络和DS(Dempster/Shafer)证据理论的轧机颤振实时监测方法,该方法预选多个时域和频域的特征参数表征轧机不同工况下振动信号的不同特征,利用稳定判别率方法筛选敏感度高的特征参数;使用动态贝叶斯网络与DS证据理论实时监测模型建立轧机颤振状态实时监测系统,构建连续的速度载荷时间片,将3个连续的速度载荷时间片作为DS证据理论的证据体,给出了优化基本概率分配的信任度方法,解决了DS证据理论的证据体间冲突问题;最后在轧机实验平台进行实验,诊断结果表明：该方法对轧机颤振不同状态的识别率达到99.05%。     

惯性边界下带钢的非线性振动分析

根据连轧机轧制过程中带钢与轧辊的运动机理,将相邻两机架间的带钢简化为轴向运动的Euler梁,轧辊简化为定轴转动的惯性元件,建立Euler梁在惯性边界下的非线性振动力学模型。基于哈密顿原理建立轴向运动Euler梁的纵向和横向非线性振动微分方程,利用Kantorovich时间平均法简化运动方程和边界条件,并采用修正迭代法求解运动方程。最后通过数值计算获得了Euler梁非线性振动的幅频响应曲线,并讨论惯性边界条件下的轴向运动速度、长度和轧辊的转动惯量对Euler梁振动特性的影响。研究结果可为控制和分析连轧过程中带钢垂直振动提供重要的理论参考。     

液压缸非线性弹簧力约束下轧机吸振器参数的优化

考虑四辊轧机液压缸非线性弹簧力约束的因素,引入吸振器控制装置,建立带有轧机吸振器的轧机辊系振动动力学模型;通过对轧机吸振器基本参数的优化,得出吸振器最优的阻尼系数和刚度系数;仿真分析不同质量、弹簧力、摩擦力对轧机辊系振动幅频特性曲线的影响规律,得到轧机吸振器的最优质量可以有效提高系统稳定性,轧机吸振器的最优弹簧力可以缩小系统的不稳定区域,轧机吸振器的最优摩擦力可以有效降低幅频特性曲线的高度,为有效抑制轧机辊系垂直振动提供理论支持。     

轧机接轴扭矩动态测试信号分析及评价

目前，动态测试技术是用于设备效能判定的重要手段，尤其是在大型冶金，石油企业中，常常能够解决一些理论上无法解决的技术难题。本文通过对某轧钢厂3200轧机上下接轴扭矩信号的动态测试数据分析，总结了该轧机上下接轴扭矩变化规律，对于该轧机频繁发生的主传动系统十字轴断裂事故提供了可靠的依据，利于企业合理组织生产，优化轧制工艺，发挥轧机优势等。     

轧机主传动系统扭振减振器参数设计及特性分析

针对咬钢时突加负载时轧机主传动系统轴系的扭振现象,引入扭振减振器控制装置,建立电动机与扭振减振器的扭振抑制模型;通过对扭振减振器特性参数的设计,得出扭振减振器的惯量比、定调比、阻尼比;同时运用定点理论,得到最佳定调比和阻尼比;通过对比加入扭振减振器前后的时域特性曲线,得出扭振减振器能降低振动幅值;通过调节惯量比、扭转刚度、阻尼系数的大小,得出不同参数变化对轧机主传动系统幅频特性曲线的影响规律,适当的增大惯量比μ可以减小振动幅值,增大扭转刚度K_d可以缩小系统的不稳定区域,增大阻尼系数C_d可以有效降低系统扭转振动幅值,因此选取恰当的参数数值能有效提高轧机系统的稳定性。     

基于信息融合的球磨机料位分级与检测研究

火力发电厂锅炉制粉系统的主要设备之一——球磨机的运行状况优劣在一定程度上决定了电厂的经济运行状况好坏。分析了球磨机磨筒内料位的各种影响因素及影响特性,提出了料位分级理论,将料位分为非经济区、优化区与危险区三个区域,解决了数据融合测料位时无法获得大量料位样本的问题。在此基础上,提出了基于BP人工神经网络测量球磨机料位的软测量方法,对球磨机现场数据分析进一步验证了所提方法的有效性。该方法确定了球磨机最佳运行工况的范围,为实现球磨机系统的优化运行和自动控制奠定了基础。     

轧机主传动系统扭振盲测点测量模型的研究

为解决轧机主传动系统实际测试中不可测点处物理参数测取的难题,构造了一类连续轴段质量扭振分析模型,并推导出轴段上盲测点处的扭振参数计算公式。通过把实测点的测试数据代入盲测点计算公式,可计算盲测点的振动参数。轧机实际现场扭矩测试和数据分析处理结果验证了理论推导的正确性。这为轧机现场监测中一些不易布置传感器关键点处的物理量测取提供了理论依据和技术支持,通过编制程序可以实现轧机在线系统监测和故障分析,从而确保轧机正常平稳运行。