高温超导悬浮系统非线性动力特性实验与理论探究

悬浮系统主要由高温超导体与永磁体两部分构成,这一系统的应用优势较多,所以可以用于多种场景中,具有较好的发展趋势。通过汇总相关研究成果发现,大部分学者都对准静态悬浮力以及相关理论比较关注,但是关于强激励下的非线性运动特征、由温变引起的问题等一直没能解决。并且实验、数值模拟等方面都存在相应的问题。为此,本文以外界强激励作用为基础,针对高温超导悬浮系统的动力响应情况进行了实验、理论分析,希望可以对高温超导悬浮系统的完善与发展有所帮助。

考虑表面波纹度的滚动轴承-转子系统非线性动力特性

提出了考虑滚动轴承内外圈滚道表面波纹度、Hertzian弹性接触力和径向游隙等非线性因素的滚动轴承模型,建立了滚动轴承-转子系统的动力学微分方程,并用Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解.利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数变化时的滚动轴承-转子系统的分岔、混沌等非线性动力特性.结果表明:外圈波纹度波数与滚动轴承滚珠数目相等时,转子系统会产生强烈振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔;内圈波纹度引起的振动频率与波数有明确的函数关系.

迷宫密封非线性动力特性的数值计算方法

随着旋转机械的高参数化,迷宫密封气流激振问题越来越严重.为了能够深入分析迷宫密封与转子耦合系统的非线性动力学行为,提出了一种基于商用CFD软件Fluent计算的数值方法.通过流场分析计算出不同偏心和不同涡动角速度下的迷宫密封非线性气动力,进而求出相应的动力特性系数,从而得到任意位移和速度扰动下的密封非线性气动力.同时讨论了Fluent中入口总压和静压的设置.数值计算表明,气动力与偏心的关系是非线性的,正向预旋不利于系统的稳定性;在有预旋的情况下,随着进出口压差增大,交叉刚度负向增大,主阻尼减小,易使转子系统失稳.

钢筋混凝土梁非线性动力特性试验研究

对钢筋混凝土梁非线性动力特性及其损伤程度之间关系做了试验研究。混凝土梁的非线性动力特性通过对冲击振动位移反应信号的时频分析和共振试验获得。把时频分析和共振试验两种方法结合在一起,通过分析得到合适的时频分析所用窗口宽度,再结合时频分析方法,得到各级加载后混凝土梁的振幅与频率关系曲线。通过分析混凝土梁在各级损伤加载后的振幅与频率关系曲线族,总结了损伤钢筋混凝土梁的非线性动力特性,并分析了用钢筋混凝土梁的非线性动力特性做损伤检测的可行性。

滑动轴承非线性动力特性的结构化表示方法

基于有限元法建立了轴承非线性油膜力求解模型。指出在轴颈位置固定情况下,轴承油膜力是转速和振动速度的线性函数。线性函数中包含的6个系数是轴颈偏心和偏位角的非线性函数,而这些系数可以通过文中建立的有限元模型获得。非线性函数关系采用结构化数据库和神经网络来表示。应用新模型可以非常方便地获得任意转速、位置和振动工况下的非线性油膜力。结合实例进行了分析,表明这种结构化表示方法可靠,物理意义明确。

挤压油膜阻尼器—滑动轴承—转子系统非线性动力特性的数值分析及实验研究

采用非线性模型 ,研究挤压油膜阻尼器 -滑动轴承 -转子系统的运动稳定性和分岔特性。利用有限元离散变分不等原理和基于线性规划余原理的迭代方法 ,求解自由边值条件下的油膜力。采用模态综合技术中的缩减系统线性自由度的方法 ,并提出基于 Newmark法的预估 -校正 -局部迭代的方法 ,求解系统响应。采用 Poincaré映射法 ,将周期解的确定转化为 Poincaré截面上不动点的确定 ,然后分析不动点的稳定性。最后通过实验转子 ,从实验与数值计算进行对比分析 ,验证了挤压油膜阻尼器的减振特性及其提高系统运动稳定性的特性 。

高速滚动轴承-转子系统非线性动力特性分析

综合考虑各种非线性因素(油膜、径向游隙和非线性轴承力等),建立了高速滚动轴承—转子系统非线性动力学方程,基于Runge-Kutta算法对其方程进行求解,得出系统在不同参数下的分岔图、相图、轴心轨迹图、Poincaré映射图和频谱图,同时得出阻尼、转速共同影响下系统的非线性振动位移变化规律。结果表明:系统振动周期随转速增大依次递增或依次递减,不发生激变。系统的非线性振动同时存在参数振动、强迫振动和两者耦合振动。小阻尼时系统出现混沌现象,系统不稳定,而大阻尼可以抑制系统的非线性振动,系统发生激变,系统较稳定。选择合理的阻尼和速度工况参数,可有效地改善系统的稳定状态。

损伤钢筋混凝土U形梁的非线性动力特性识别研究

为研究钢筋混凝土U形梁非线性动力特性与其损伤程度之间的关系,本文对一根1∶10缩尺比例的简支钢筋混凝土U形梁进行了静动测试验。通过静力加载对梁造成不同程度的损伤,在各级损伤加载条件下,对U形梁进行动测试验,采集加速度-时间信号,通过滤波和EMD分解出各状态下的一阶、三阶频率信号,用Hilbert变换识别出各状态下的一阶和三阶振幅-时间曲线和频率-时间曲线,最终得到频率-振幅图和归一化频率-振幅对比图。通过分析得到钢筋混凝土U形梁的非线性动力特性与其损伤程度之间的关系,以及对于完整性要求很高的结构可以利用其非线性振动特性来进行损伤检测,而对于一般的U形梁或其他结构单独使用非线性振动特性来进行损伤识别是不可靠的,可将其作为一种手段预警结构损伤并与其他检测方法结合使用的结论。

边坡非线性动力特性研究综述

综述了边坡系统分岔、突变、自组织等非线性动力特性的理论研究,以及协同学、灰色理论、模糊数学、事故树、混沌等系统科学方法在边坡中的应用。从中可以看出:非线性是边坡的普遍特性;边坡非线性动力特性研究还处于初步的探索阶段。

双索单梁组合结构非线性动力特性

为了研究双索单梁组合体系的非线性动力响应,基于该组合体系的连续模型,建立索-梁组合结构的运动方程,在对方程进行约化处理后,结合回传射线矩阵法求解了结构平面内线性特征模态,研究组合体系中索和梁之间的相互作用,并以此为基础采用一阶模态截断的方式构造了单自由度非线性方程,用于研究结构非线性动力响应.通过变量转换,应用同伦分析法给出了结构受外部简谐荷载作用下稳态周期解的级数解形式,求解结构在一阶共振频率附近的非线性频率振幅曲线,并通过数值算例讨论了各种参数对非线性动力特性的影响.结果显示:同伦分析法与其他方法相比,在计算强非线性问题时具有较大的优势.

一类混合隔振系统非线性动力特性分析

研究磁悬浮—气囊主被动混合隔振系统的非线性动力特性,包括对系统的稳定性分析和位移响应的计算及其模拟仿真。通过对磁悬浮—气囊主被动混合隔振装置的简化,建立与之相适应的非线性动力微分方程;利用谐波平衡法对非线性微分方程进行求解,研究系统方程的幅频响应曲线在不同参数下的变化规律;由Lyapunov稳定性定理对系统进行稳定性判断;通过Simulink软件对整个系统进行模拟仿真得出位移的功率谱曲线,分析结果表明混合隔振系统在低频激励下的稳定性更好,隔振效果明显。

系泊多体海上平台非线性动力特性研究

海上浮式平台通常由多个大型浮体模块柔性连接,组成一个典型的刚柔流耦合的多振子网络系统。本文从网络动力学角度研究多体浮式海上平台,通过龙格库塔法求解海上浮式平台运动微分方程,得到海洋平台运动响应随连接件刚度变化情况。数值结果表明,连接件刚度变化使得多体海上浮式平台表现出丰富的非线性动力特性现象,例如幅值跳跃、分岔、混沌等现象。为进一步揭示非线性浮式平台的集体动力学行为,作出浮块在各响应阶段对应的时域图和相图比较。本文得到的初步研究结果及研究方法,可为大型海上浮体结构初步设计提供理论参考。

斜腿刚构桥的非线性动力特性分析

以我国第一座钢斜腿刚构桥——安康汉江大桥为例,首先对结构进行了线性动力特性分析,得到了相应的结果。然后分别考虑轴向力和大挠度两种几何非线性因素对结构进行了非线性动力特性分析,并将计算得到的结果与线性理论结果进行比较分析,由此可以得出结论:安康汉江大桥所采用的线性计算理论已具有足够的精度,能够满足工程计算的要求。

周向槽宽度对涡轮增压器转子系统非线性动力学特性影响研究

浮环外表面周向槽宽度结构参数会影响外膜压力分布,进而对高速轻载涡轮增压器转子系统非线性振动特性产生显著影响。基于流体润滑机理和有限元理论,建立了包含轴系集总运动方程、浮环轴承瞬态温度模型、润滑油黏温方程以及轴承间隙热变形方程在内的涡轮增压器轴系热-流-固耦合的综合模型,并提出了一种有效的求解策略。通过与试验数据对比,验证了该综合模型的准确性和可靠性。以某柴油机用涡轮增压器转子系统为例,通过三维振动瀑布图研究不同周向槽宽度在低(50℃)、中(90℃)、高(130℃)3种入口油温下转子系统频域瞬态振动响应。结果表明:相对于全圆瓦浮环轴承支撑的转子系统,当周向槽宽度从2.4 mm增加至4.8 mm时,在不同入口油温下转子系统内膜涡动、振荡的转速区间逐渐缩小,振动幅值均大幅降低;但随着周向槽宽度和入口油温的增加,外膜承载力降低,转子系统呈现出刚性运动,即零频振动,并且零频振动幅值高于低频振动,成为主导频率。当周向槽宽度从2.4 mm增加至4.8 mm:入口油温为50℃时转子系统的最大无量纲振幅值降幅分别约为67%、75%和83%;入口油温增加至90℃时,转子系统的最大无量纲振幅值降幅分别约38%、75%和82%;入口油温增加至130℃时,最大无量纲振幅值降幅分别约为67%、75%和79%。因此,对于不同的入口油温,周向槽浮环轴承可使转子系统的振动幅值大幅降低,有利于提高转子系统的稳定性,结论可为周向槽浮环轴承的参数设计提供理论参考。

无粘结预应力钢筋混凝土梁非线性动力特性试验研究

对无粘结预应力钢筋混凝土简支梁,分11级损伤加载直到结构达到极限承载能力状态。在每一级损伤状态下,对结构进行了锤击试验与共振试验。对锤击试验结构跨中位移响应进行时频分析以及就共振试验通过找共振峰的方法都可以得到结构的振幅与频率关系。进一步将二者结合起来,通过分析得到了合适的时频分析所用窗口宽度。再结合时频分析方法,分析得到各级加载后无粘结预应力钢筋混凝土梁振幅与频率关系曲线族。通过分析结构振幅与频率关系曲线族的特点,总结了各级损伤状态下结构的非线性动力特性并分析了用无粘结预应力钢筋混凝土梁的非线性动力特性做损伤检测的可行性。

分析一般支承输流管道的非线性动力学特性

研究两端受到线性弹簧支承和扭转弹簧约束的一般支承输流管道在自激-参数激励-外激励联合作用下的非线性动力学特性,揭示其通向混沌的途径。根据梁模型横向弯曲振动模态函数,由两端一般支承梁的边界条件得到其模态函数的一般表达式,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用非线性动力学分析方法,研究系统在平均流速和平均压强变化时非线性动力学响应。数值仿真结果表明,在一定的弹性系数下,随着平均流速和平均压强的增加,系统响应的概周期环面逐渐扩大直至破裂,系统响应出现阵发性混沌和混沌运动,表明概周期环面破裂和阵发性是系统进入混沌运动的两种途径。

空间可展结构非线性动力学特性实验研究

由于可展结构在运动过程中的时变性 ,特别是干扰所引起的非线性动力学特性 ,涉及许多深层次尚在探讨的动力学问题。为了考察间隙非线性对系统动力学性能的影响 ,本文对空间可展结构进行了动力学实验研究。实验结果表明理想结构与实际结构存在较大差异 ,铰接间隙等非理想机械因素导致系统复杂的非线性动力学行为 。

一般支承条件下输流管道的非线性动力学特性研究

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。

两级悬浮EMS型磁悬浮控制系统的非线性动力学特性

在考虑二级悬浮弹簧的非线性特性的基础上 ,建立了两级悬浮EMS型磁悬浮控制系统的非线性动力学模型 ,给出了控制参数G1 、G2 的稳定性条件 .进一步讨论了该磁悬浮系统在外界激励下的分叉行为及混沌动力特性 ,并利用Poincare映射、功率谱分析及最大Lyapunov指数等混沌运动的统计特征描述了该状态下控制系统的混沌运动特性 .

两端弹性支承裂纹管道的非线性动力学特性

研究两端弹性支承输流管道含圆周方向裂纹时的非线性动力学特性。首先,推导出裂纹管道的模态函数与局部柔度系数,然后运用Galerkin离散技术将管道运动方程在模态空间中展开,采用非线性动力学仿真方法得到管道系统响应随各参数变化的分岔图和最大Lyapunov指数图。数值结果表明,这种两端弹性支承的特殊边界裂纹管道在参数激励、自激励和外激励联合作用下,表现出丰富的非线性动力学特性,分别出现周期运动、概周期运动、阵发性混沌和混沌等多种响应形式。