斜裂纹悬臂梁非线性振动特性分析

针对工程中悬臂杆件可能出现的斜裂纹故障,基于ANSYS软件对斜裂纹悬臂梁的非线性动力学特性进行了分析。仅考虑悬臂梁的弯曲振动,采用混合单元建立了斜裂纹悬臂梁的有限元模型,该模型在裂纹位置采用平面单元(Plane183)来模拟,采用接触单元来模拟裂纹的呼吸效应,在远离裂纹位置采用梁单元(Beam188)来模拟,通过与纯平面单元的振动响应对比,首先验证了模型的精度,其次对比了该模型相对于纯平面单元模型的计算效率;随后还分析了裂纹角度和激振力幅值对系统振动响应的影响。研究表明随着裂纹角度的增加,裂纹导致的系统非线性特性更为明显;系统响应产生的基频及倍频成分幅值与激振力幅值具有线性关系。     

可调永磁双稳态非线性能量阱及应用研究

为了实现对主系统的宽频振动抑制,研发了一种可调的双稳态非线性能量阱(BNES)。介绍了BNES的结构和工作原理;其次分析了BNES的刚度构成以及其非线性动力学特性,并建立了悬臂梁-BNES系统动力学微分方程;采用数值方法探究了不同磁铁间距时的BNES对悬臂梁瞬态时域振动抑制效果和稳态频域的宽频抑振能力;对两组不同的悬臂梁系统进行了实验,验证了不同磁铁间距时的双稳态非线性能量阱的宽频振动抑制能力。研究结果表明,该BNES对悬臂梁的瞬态时域响应和稳态频域响应都有很好的振动抑制能力。     

轴向运动功能梯度悬臂梁动力学分析

针对轴向运动悬臂梁振动会影响系统的安全性、稳定性问题,对功能梯度悬臂梁振动特性进行分析,利用广义哈密尔顿原理及假设模态法导出系统动力学方程。结果表明,功能梯度悬臂梁的横向位移与轴向位移耦合,功能梯度材料在厚度方向按体积分数函数呈指数变化,且梁自由端有集中质量块。并讨论材料指数及末端集中质量大小对振动影响,分析梁在伸展、收缩时的运动特性。所得结论可为类似结构的动力学分析、设计提供依据。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

定轴转动与基础激励下梁的非线性动力学

采用Kane方程，建立了含耦合的几何及惯性非线性项的定轴转动与轴向基础激励联合作用下柔性梁的非线性动力学控制方程组，该方程组不仅包含二次及三次非线性项，而且体现了参数激励与外激励的联合作用。运用多尺度法，研究了匀转速，顺臂安装下悬臂梁的一阶模态主参激共振与外激励1/2次亚谐共振同时作用时梁的一阶近似稳态响应。结果表明，梁的一阶模态幅频特性将受到转速，旋转半径和激励幅值等参数变化的显著影响。     

非对称截面的两自由度非线性振动

在大扭转变形条件下,本文建立了新的非对称截面扭转和垂向运动耦合的两自由度动力学方程组.该微分方程组描述了截面在大扭转变形时的动力学行为.在忽略方程组中的平方非线性项,保留线性耦合及立方非线性项情况下,采用多尺度法求解了结构在垂向载荷及扭矩均为简谐载荷并发生主共振时的动力学行为.结果显示,当扭矩诱发低频主共振时,系统的立方非线性项呈现硬弹簧性质.当垂向简谐载荷诱发高频主共振时,立方非线性项呈现软弹簧性质.同时由于非线性的影响,结构的振动幅值会随激励的幅值及激励频率的变化而发生跳跃.这是仅考虑小扭转变形的数学模型所不能揭示的.     

冲击荷载作用下轴向运动层合板非线性动力学响应

研究轴向运动层合板在冲击荷载作用下的非线性动力学响应。基于单层材料本构关系及大变形理论,考虑几何非线性得到冲击荷载作用下的轴向运动层合板非线性动力学控制方程;通过Galerkin法对控制方程进行离散得到模态方程组,用Runge-Kutta法对模态方程组求解,得到冲击荷载作用下轴向运动层合板的动态响应。讨论了轴向速度、冲击波峰值和相位持续时间对轴向运动层合板动力学响应的影响。     

MEMS微悬臂梁激励耦合非线性动力特性分析

在微电子机械系统(MEMS)中,存在着固有非线性、多能域耦合产生的非线性和一些尚未引起注意的机械非线性.静电驱动作为一种有效的表面作用力,在MEMS中得到广泛应用,如静电驱动微电机、静电驱动谐振器、静电驱动加速度计等,但静电力本身存在着较强的非线性特性.针对MEMS静电微悬臂梁结构,建立系统的变电容式非线性动力学模型;采用谐波平衡法分析在参数激励和强迫激励耦合作用下系统的幅频响应特性,研究对于不同参数激励与强迫激励作用、不同加载电压及平行极板间间隙变化时系统的非线性动力特性,讨论非线性弹簧刚度和压膜阻尼引起的非线性对系统的影响,运用数值分析及相平面图和Poincare图描述模型的非线性动力学行为.     

AFM-TM微悬臂梁系统混沌运动及控制算法分析

针对轻敲式原子力显微镜微(AFM-TM)悬臂梁系统的混沌运动会严重影响到AFM-TM的测量精度的问题,对该系统动力学特性及控制算法进行了分析。首先,通过数值仿真,综合利用Lyapunov指数、分岔图、Poincaré截面和相位图分析了外部激励幅值变化时AFM-TM微悬臂梁系统运动特性的演化;然后,提出将延时反馈控制和模糊自适应延时反馈,用于控制系统的混沌运动;最后,对两种控制算法进行了比较。研究结果表明,当无量纲外部激励幅值在[0.65,0.85]等取值区间内取值时,系统表现出明显的混沌运动特性;延时反馈控制和模糊自适应延时反馈控制均能有效的将系统的混沌运动拉回到周期轨道,但模糊自适应延时反馈更适用于AFM-TM被测样品变化的复杂情况。结果对AFM-TM微悬臂梁外部激励参数选择、非线性系统复杂动力学特性分析和混沌运动控制提供有意义的理论参考。     

基于应力悬臂梁式易损件跌落破损评价方法

目的针对可简化为带悬臂梁式易损件模型的产品包装系统,探究系统跌落破损评价方法。方法建立带悬臂梁式易损件的产品包装系统的非线性跌落冲击动力学模型,利用模态叠加法,以易损件内部应力为评价指标,系统参数和冲击速度变化量为变量,构建杆式易损件包装系统跌落破损边界曲线。结果实例分析表明,随着集中质量和主体振动频率增加,系统安全区域减小;易损件材料许用应力越大,系统安全性能越好。结论对悬臂梁式易损件的非线性包装系统,集中质量大小和主体振动频率对系统跌落破损安全区域影响显著。     

索-梁耦合系统非线性振动分析

研究了在惯性参考系中弹性斜拉索与悬臂梁耦合结构的非线性振动问题,利用Hamilton原理建立了索-梁耦合系统的非线性动力学方程,利用Galerkin方法将索-梁耦合系统的非线性运动偏微分方程离散为一组常微分方程,然后利用多尺度法分析研究索-梁耦合动力学系统的非线性振动,用Runge-Kutta法对数学模型进行数值计算,同时探讨了各种参数对索-梁耦合系统非线性振动的影响,并提出对工程有实际意义的结论.     

平面细长梁基于无网格径向基点插值的绝对节点坐标法

为了消除或减弱传统绝对节点坐标法(Absolute Nodal Coordinate Formulation,ANCF)中缩减梁单元的"失真现象",构造了一种适用于描述柔性梁绝对位形的无网格径向基点插值(Radial Point Interpolation Method,RPIM)形函数,提出了柔性梁基于无网格RPIM的ANCF法。传统ANCF梁单元在描述纯弯曲悬臂梁的位形(一段圆弧)时,即便获得精确的单元节点坐标,通过梁单元插值得到的位形与悬臂梁的实际位形存在差异,即失真现象,悬臂梁越弯曲该差异越明显,失真越大。失真导致伪应变的产生,极大地影响数值求解的精度。而RPIM法采用一组场节点离散问题域,通过计算点支持域内的场节点构造形函数,计算点一般位于支持域的中心区域,不同计算点之间的支持域有较多重合的部分,加强了节点之间的联系,能更合理、准确地描述绝对位形,能有效减小失真。研究表明:基于RPIM的ANCF法较传统ANCF法精度更高、计算效率更快、对不等距分布节点的适应性更强,在大变形柔性多体系统动力学领域内具有推广性。     

飞机越界阻滞过程中乘客安全性分析

飞机越界工程材料阻滞系统是用来防止飞机冲出跑道的专用设备,该系统必须保证乘客在阻滞过程中的安全性。该文通过合理的简化建立了阻滞过程中乘客安全性分析的动力学模型,将问题归结为一组非线性动力学方程。然后,通过相空间变换将问题转化为一阶非线性微分方程组,采用Runge-Kutta方法对方程组进行数值求解,且开发了相应的仿真程序。仿真算例表明:该文建立的动力学模型和计算结果是合理可信的,利用该文方法可以进行阻滞过程中乘客安全性的评价。     

非线性动力吸振系统动力学分析和优化

通过圆形钳制薄板的大变形提供非线性动力吸振器的立方非线性刚度,建立圆形薄板与悬臂梁相耦合的非线性动力吸振系统数学模型。结合谐波平衡法与数值计算方法,探讨非线性动力吸振器的动力学特性。与等价线性吸振器相比较,发现非线性是高阶共振峰离开吸振频率往高频移动的诱因,因此非线性动力吸振器在相对较小的质量下具有相对较宽的吸振频带。与此同时,通过对结构响应和吸振性能的灵敏度分析,找出并优化系统的敏感参数。     

正交异性薄膜非线性振动分析

根据大挠度理论建立了正交异性薄膜的非线性动力学方程并对其展开分析。根据薄膜动力学特性建立薄膜振动问题的控制方程组;根据物理和边界条件对方程组进行简化和解算,得出其线性解析解和非线性解析解。利用伽辽金算法得出薄膜非线性振动频率的近似解。通过算例分析验证了近似解的准确性和精度,并对其误差进行了分析。分析结果表明近似解结构简单,且具有较高的精度和较大的适用范围,能够为膜结构工程设计提供理论计算依据。     

静电驱动裂纹微悬臂梁结构振动特性分析

基于Euler-Bernoulli理论,提出了非线性静电力和压膜阻尼效应下裂纹微悬臂梁的动力学模型与分析方法,研究了耦合作用下裂纹微悬臂梁结构的振动特性。模型中裂纹采用转动弹簧模拟,该模型引起位移一阶导数不连续,不连续度与二阶导数成比例。结果表明,裂纹位置、裂纹开裂程度、非线性静电力以及非线性压膜阻尼效应对裂纹微悬臂梁结构的振动特性都有着较大影响。研究结果可用于微器件的设计、性能改进及健康检测。     

矩形贮箱类液固耦合系统转动特性分析

应用本文提出的综合运用两类不同形式的Ｌａｇｒａｎｇｅ函数建立系统动力学方程组的新方法,分析了俯仰激励下矩形贮箱类液固耦合系统的力学特性,观察到了幅频响应曲线中的“跳跃”和“滞后”等非线性系统所具有的动力学现象。     

基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统非线性动态特性分析

针对齿轮传动系统的动态传递误差、单双边冲击状态、脱齿、拍击及混沌现象等复杂非线性动力学问题,在同时考虑齿侧间隙、轴承间隙、时变啮合刚度及齿面摩擦等非线性特性的基础上,首次提出一种基于有限单元法的多间隙耦合齿轮传动系统的非线性动态特性分析方法。以某单级斜齿轮传动系统为例,利用大型通用有限元分析软件AN-SYS/LS-DYNA建立耦合系统动力学模型,分析支撑状态下耦合系统的非线性动态特性,研究了不同转速及负载力矩对耦合系统非线性动态特性的影响规律。结果表明有限单元法能在满足高精度分析的条件下求解各种复杂工况的齿轮系统非线性动力学问题,为进一步研究齿轮传动系统非线性动力学问题提供有力工具。     

考虑附加质量的旋转柔性梁的随机动力学分析

摘要：研究了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统在参数具有随机性时作大范围运动的动力响应问题。基于假设模态法和Lagrange方程建立了带有附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的一次近似耦合随机动力学方程,利用混沌多项式结合高效回归法将其转化为完全隐式纯微分方程,求解方程得到柔性悬臂梁变形位移响应的数字特征。最后,通过数值仿真对物理参数和几何参数具有随机性的系统进行动力特性研究。仿真结果表明：利用随机参数的动力学模型能客观地反映出系统的动力学行为;部分随机参数的分散性对柔性体动力响应的影响不可忽视。     

考虑材料非线性时压电发电悬臂梁的主共振响应分析

针对单晶压电悬臂梁发电系统进行了动力学建模及主共振响应分析。首先在考虑压电材料非线性的情况下,利用广义Hamilton原理、Rayleigh-Ritz法、Euler-Bernoulli梁理论等建立了单晶压电悬臂梁发电结构的机电耦合模型;其次利用多尺度法对系统进行了主共振二次近似响应分析,得到了谐振频率附近解的特性与系统参数的关系,揭示了压电材料非线性、外激励参数及负载电阻对系统响应的影响规律;最后通过数值计算验证了解析解的正确性。结论表明,压电材料的非线性特性会导致近似解的共振峰向左偏移,呈现软特性的非线性特征;当激励频率变化时,系统响应存在多解、跳跃等现象,多解区有2个稳定焦点和1个不稳定鞍点;主共振解的真正实现取决于系统的稳定性条件及初始条件的选取;系统存在最佳匹配负载电阻范围,对应系统的发电功率较大。