圆环非线性恢复力的梁约束模型建模

圆环隔振器是一种以圆环结构为基础的非线性隔振器,圆环结构在压缩变形过程中会受到压力和环面拉伸的耦合作用,从而产生非线性恢复力,对圆环结构非线性恢复力的精确建模是研究隔振器性能的关键。将圆环结构等分为多段曲梁,利用梁约束模型对每段曲梁建立计及几何非线性的力-位移关系模型,结合曲梁间的力传递关系和几何约束关系,建立了圆环整体在压缩过程中的非线性恢复力模型,并计算了圆环变形过程中所有分段点处的正应力。通过电子伺服疲劳试验机对圆环结构在压缩过程中的恢复力进行了测量,验证了梁约束模型的建模精度。研究结果表明,利用梁约束模型可以表征圆环结构非线性恢复力特性,其建模精度与椭圆积分法相当,而模型表达式和求解过程都比椭圆积分法简洁。圆环在压缩量最大时正应力最大,此时最大正应力在圆环的上下端点。梁约束模型的建模精度随着分段数的增加而提高,当分段数大于12时,梁约束模型的恢复力计算误差小于2%。

基于二重切比雪夫多项式的多自由度系统SMA非线性恢复力识别

针对真实结构在动力荷载作用下恢复力模型难以用准确参数化形式描述问题,将结构非线性恢复力作为结构损伤及非线性行为的直接描述,提出基于二重切比雪夫多项式模型的多自由度体系非线性恢复力时域识别方法,实现结构质量信息完全未知及激励完整、非完整两种情况下多自由度系统非线性恢复力识别。通过带理想双旗形恢复力模型形状记忆合金(SMA)阻尼器两自由度数值模型的数值模拟与安装SMA阻尼器的钢框架模型动力实验结果验证该方法的识别效果,并与基于幂多项式模型方法进行对比。数值模拟验证中同时考虑测量噪声对识别结果影响。结果表明,该方法能对结构质量分布及在动力荷载作用下非线性恢复力进行有效识别,为结构在动力荷载作用下损伤发生、发展过程监测及结构耗能的定量评估提供方法。

考虑非线性恢复力的叶冠系统非线性特性分析

涡轮叶片叶冠系统高速旋转时,其运动为分段线性的非线性振动。笔者考虑了非线性弹性恢复力的影响,将冠间的接触等效为带有间隙的弹簧阻尼模型,摩擦采用Sgn模型,导出了该系统的无量纲动力学方程。用数值方法求解了系统的动力学方程,用分岔图、Poincaré映射图和相轨图分析了系统的非线性特性。仿真结果表明:在双重非线性因素作用下,系统呈现出更为复杂和丰富的非线性特性。随着非线性因子的增大,系统发生混沌的转速范围增大,最大无量纲位移幅值减小。当转速比Ω在22到25之间时,系统的响应幅值达到极大值。适当的阻尼可抑制混沌运动的发生范围,但过大的阻尼也不能有效地抑制跳跃现象和混沌运动。

基于部分加速度测量的结构Bouc-Wen非线性恢复力及质量识别

结构非线性行为识别是结构灾后损伤评估的关键。扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)有助于解决结构动力响应测量不完备的问题,但一般要求结构质量已知。针对仅部分加速度响应已知和结构质量未知情况下结构非线性恢复力的识别问题,提出一种结合EKF和最小二乘算法的结构非线性恢复力及质量识别的迭代算法。该方法基于质量估计值和部分自由度上的加速度响应测量,通过EKF预测完整响应时程,再利用最小二乘法识别修正质量分布,循环迭代至收敛,最后基于质量收敛值实现物理参数(刚度、阻尼、非线性)的识别,进而得到非线性恢复力。以一个含Bouc-Wen磁流变阻尼器的多自由度体系的数值模型为例,考虑4种不同的质量初始误差,通过数值模拟验证该方法识别结构质量及非线性恢复力的有效性。同时考虑加速度测量噪声的影响,证明了该方法的鲁棒性。

部分观测下结构质量及非线性恢复力免模型识别

强动力荷载作用下结构构件的恢复力是其非线性行为的最直观描述,不同结构的非线性特性复杂且往往难以事先用准确的参数化形式描述,而且活荷载的存在也导致结构质量也需要识别,此外测量完整结构所有自由度的动力响应较为困难。为此,提出一种结合等效线性理论与无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)的迭代算法,仅利用结构部分自由度上的动力响应,实现结构质量与非线性恢复力的免参数化模型的同时识别。在一个线性多自由度系统中引入磁流变阻尼器模拟非线性元件,在不同质量初始值情况下,当一处或多处存在不同类型的非线性构件时,可实现结构恢复力及质量识别,通过将识别结果与理论值的比较验证了该方法的有效性。

基于改进观测方程的非线性恢复力免模型识别方法

现有的非线性恢复力参数化识别方法需已知非线性模型,并明确模型中参数的物理意义,而非参数化方法(如基于各类多项式的识别方法)往往难以准确识别突变处的恢复力。为进一步改进方法,提出一种非线性恢复力免模型识别法。该方法利用改进的观测方程,将非线性恢复力视作虚拟外激励,无需对非线性恢复力做参数化或非参数化模型假设,利用最小二乘和扩展卡尔曼滤波原理,同步识别结构参数和非线性恢复力,并且通过多次整体迭代保证识别结果稳定收敛。以含有Bingham模型和分段线性系统的5层框架数值模型为例,验证了该方法的有效性,并将其识别结果与基于切比雪夫多项式模型的非参数化识别方法进行对比,体现了该方法在识别恢复力非平滑处的优越性。

基于切比雪夫多项式模型的多自由度结构非线性恢复力时域识别

结构非线性恢复力可直接描述其在动力荷载作用下损伤发生发展过程,传统的基于特征值抽取的结构识别方法严格来讲不适应于振动过程中出现损伤的情况。该文利用结构动力响应时程的切比雪夫多项式表示非线性恢复力,在结构质量等物理参数和恢复力模型未知时,提出利用最小二乘优化算法的多自由度结构在完整及非完整激励下非线性恢复力识别方法。对一个含磁流变阻尼器的多自由度数值模型和一个带磁流变阻尼器的四层框架结构的非线性恢复力进行了识别,在数值模拟中探讨了测量噪声对识别结果的影响,并与基于幂多项式模型的方法的结果进行了对比。结果表明,所提出的非线性恢复力识别方法能对结构的非线性恢复力进行有效识别,识别精度高,可用于工程结构在强动力荷载作用下的损伤发生发展过程的监测与识别,并对结构耗能进行定量评估。

非线性恢复力耦合的振动系统广义同步与参数识别

对于一类非线性恢复力无法精确解析表达的简谐激励振动系统,建立了由原系统非线性恢复力激振的派生系统.证明了派生系统与原系统可以达到广义同步.派生系统可以自动与激励力频率、大小变化的原非线性振动系统保持广义同步.证明了由派生系统的广义同步,可以识别出原系统的阻尼系数、激振力幅值与频率.由Duffing系统的仿真计算结果可以看出,这种方法是有效的,而且识别精度较高.

基于实测时间序列的非线性系统恢复力识别

提出一种完全基于激励和结构响应实测数据的结构动力系统非线性恢复力识别方法,并通过在一个4层钢结构模型中引入具有非线性特性的磁流变阻尼器(MR)模拟非线性恢复力,基于此模型结构在不同的激励方式下的动力响应测量数据,验证了该方法的有效性。对于结构的各自由度均受到激励的情况,运用最小二乘拟合算法识别出等效线性系统的物理参数(质量、刚度和阻尼矩阵),进而得到模型结构振动过程中MR阻尼力随时间变化情况并与实验实测结果进行了比较。针对结构仅在有限自由度上受到激励的情况,对以上方法进行了改进,提出了一种非线性系统恢复力的非参数化识别方法,利用结构中弹性恢复力的对称关系,分步确定了结构各层间恢复力模型,从而得到MR恢复力的大小并与实测结果进行了比较。结果表明,基于时域实测信号的非线性系统恢复力识别法在完整激励和非完整激励下均能有效地识别结构的非线性恢复力特性。文章所述方法可以运用于工程结构在动力荷载作用下的损伤发生发展过程的监测与识别。

非线性气动恢复力与飞行器动稳定性

复杂流动中,飞行器非定常气动数值计算后的参数辨识、飞行器模型的风洞定常测量、风洞动态(风洞自由飞)测量均显示了飞行器非线性气动刚度项(气动恢复力项、如俯仰力矩 攻角曲线Cm θ)将出现局部静不稳定( Cm/ θ>0)。 飞行器气动恢复力对运动稳定性影响以往讨论较少,本文讨论了非线性气动恢复力局部出现静不稳定条件下的动稳定特性,其特点是突跃性、单边性与不确定性。飞行器飞行遥测数据分析支持了上述动稳定特性的描述。

用于检测同相轴的Duffing型系统恢复力项的讨论

在用于检测同相轴的Duffing型系统中,非线性恢复力项的选取至关重要.针对具有不同非线性恢复力项的混沌系统,本文首先就非线性恢复力项的来源进行了说明,通过对哈密顿系统和耗散系统的仿真实验分析,以及理论推导,确定了势能—哈密顿多项式方程中可用于混沌振子检测系统的各项幂次和各项系数组合关系,即非线性恢复力项的选取规则:幂次最高项为奇次,其系数大于零.

动力系统非线性行为识别方法与验证

在构建动力非线性系统恢复力的幂级数多项式模型的基础上,提出一种完全基于结构激励和响应时间序列的非线性恢复力识别方法,并通过一个带非线性构件(磁流变阻尼器)的四层结构模型在不同激励方式下的动力测试数据对该方法的有效性进行验证。有别于传统的系统识别方法,本方法不需要已知结构质量分布,也不需要提取系统特征值信息,而是直接根据系统时域信息进行恢复力识别。对于结构各自由度均受到外激励的情况,基于实测数据,运用最小二乘优化算法识别出恢复力模型的各个参数,进而得到模型振动过程中磁流变阻尼器提供的阻尼力随时间的变化情况,并与试验实测结果进行比较。针对结构仅有部分自由度受外激励的情况,对以上方法进行扩展,分步确定结构各层间恢复力并与实测结果进行比较。结果表明,该非线性恢复力识别法无论在结构全部或者部分自由度受激励的情况下均能有效地识别出结构的非线性恢复力,可为土木工程结构在地震等动力荷载作用下的损伤评估提供新的方法。

基于光栅传感器的非线性扭摆运动特性测试

为了分析非线性扭摆运动的特性,建立了基于非线性系统的扭摆运动模型,并利用数值仿真分析了非线性扭摆运动的特性.利用光栅传感器测量气浮转台的非线性扭摆运动角位移信号,通过角位移信号的振幅比和周期,分析了非线性扭摆运动的特性.实验结果表明:由于非线性阻尼的影响,非线性扭摆运动的振幅比会逐渐减小;由于非线性恢复力的影响,非线性扭摆运动的周期会随着振幅的衰减而减小.

未知地震激励下结构恢复力及质量非参数化识别

地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。首先,根据部分已知动力响应测量和质量信息,识别地震加速度时程。随后,利用记忆衰退全局加权迭代扩展卡尔曼滤波算法,引入幂级数多项式表征结构恢复力,实现了结构质量与非线性恢复力的非参数化识别。将具有非线性恢复力的磁流变阻尼器中引入到一个剪切型多自由度结构构成非线性系统,考虑测量噪声的影响,通过数值模拟验证了在噪声及较大质量初始误差情况下该方法识别结构质量、非线性恢复力及地震动加速度时程的识别效果。

波浪中三体船非线性横摇运动近似解析解及特性分析

为了深入研究三体船横摇运动特性,本文应用多尺度法计算了波浪中非线性横摇运动的近似解析解,并通过数值方法及模型试验进行了三体船适用性验证。研究结果表明:三体船型的特殊性引起的非线性横摇阻尼和非线性恢复力使其具有特殊的横摇运动特性。其中,非线性阻尼主要影响横摇幅值变化,特殊的高阶非线性恢复力导致幅频曲线刚度渐硬,小阻尼共振状态下可能会发生不稳定大幅横摇运动。该研究从理论角度解释了三体船在波浪中可能表现出的与常规单体船不同的大幅横摇、跳跃、多值等非线性现象。

部分加速度测量下结构恢复力与质量非参数化识别方法

传统的基于扩展卡尔曼滤波方法的结构非线性行为识别方法往往要求结构质量以及结构非线性恢复力的参数化模型已知。该研究为解决非线性结构质量,结构参数,非线性恢复力的识别问题,提出了一种两阶段识别方法;为提高计算效率采用遗忘因子扩展卡尔曼滤波算法结合等效线性模型实现结构非线性位置的定位,随后采用无迹卡尔曼滤波算法与恢复力的二重切比雪夫多项式非参数化模型识别结构参数,质量与恢复力。在对一个含形状记忆合金(SMA)阻尼器的多自由度体系的数值模型进行了数值模拟验证的基础上,设计了一个含SMA阻尼器的四自由度框架开展动力试验,验证了所提出方法对结构质量以及恢复力的识别效果。

车辆系统的非线性行驶动力学响应

深入研究车辆在粗糙路面行驶而激励引起的非线性振动响应,对揭示复杂动态响应机理和提升动力学性能具有重要的理论意义与工程价值.首先,本文利用运动非线性机制,建立质心垂向平移和绕质心俯仰的两自由度车辆系统的力学模型,利用拉格朗日方程导出系统的非线性运动微分方程,分析自由振动系统的非线性回复力、势能曲线特性及平衡点稳定性.其次,针对自由振动系统,分析线性近似系统的频率比随参数的变化规律,又利用谐波平衡法分析非线性近似系统的幅频曲线特性.最后,针对强迫振动系统,利用数值方法得到系统的阻尼、路面波长及波幅对幅频响应曲线的影响规律.结果表明,新型车辆模型具有复杂非线性动力学特性,为行驶车辆系统提供参数设计和揭示振动机理提供理论参考.

结构恢复力非参数化模型识别的改进容积卡尔曼滤波方法

对地震等强动力荷载作用过程中结构损伤的发生发展过程进行识别,必须考虑结构行为的非线性。本文运用相对位移和相对速度的幂级数多项式表征结构恢复力模型,提出一种基于改进的容积卡尔曼滤波算法(Updated Cubature Kalman Filter, UCKF)和结构部分自由度上加速度响应时程的结构参数、未知响应及恢复力非参数化模型识别方法。以一个含磁流变阻尼器的多自由度数值模型为例,考虑20%的加速度响应测量噪声影响,识别出模型的结构参数、未知响应及阻尼力。并将本文方法所得结果分别与基于扩展卡尔曼滤波算法、传统容积卡尔曼滤波算法及含记忆衰退的扩展卡尔曼滤波算法所得结果进行比较。对一个带磁流变阻尼器的四层剪切型框架模型进行激振试验,基于部分自由度上的加速度响应时程实测值,识别出结构参数、未知动力响应以及阻尼器阻尼力的非参数化模型,通过与实测结果的比较,验证了本文方法的可行性。

一类双线性系统受零均值平稳高斯白噪声激励时的FPK解

本文首先在文献 [1]的基础上进一步分析研究了具有一般形式对称双线性恢复力的非线性系统受零均值平稳高斯白噪声激励时的FPK解 (即位移响应的概率密度函数 ) ;在此基础上 ,针对一类特殊的双线性系统给出了相应的FPK解。

能量轨道下带碰摩的双转子系统振动特性分析

为提高航空发动机的推重比和燃油效率,调整转子与机壳间的间隙变小,易发生碰摩故障问题,本文针对带碰摩双转子系统的非线性振动特性开展了定性、定量分析。建立了具有非线性弹簧特性和带碰摩故障双转子系统的非线性数学模型,通过仿真与数值分析调查了该模型复杂的碰撞、振动特性。对碰摩故障发生后和即将脱离时该系统的能量交换进行了定量分析,基于振动能量轨道的迁移过程分析了非线性振动特征和诱发机理。使用转子实验验证了数值仿真、理论分析结果和振动能量轨道。本文揭示了带碰摩故障的非线性双转子系统运行时振动变化规律,更好地分析了双转子系统的振动特征。