双对斜杆负刚度机制的恒值QZS隔振器研究

针对隔振质量偏离静态平衡位置导致准零刚度(quasi-zero stiffness,QZS)隔振器动态刚度增大而影响低频隔振性能的问题,基于双对斜杆负刚度机制,构造了恒值QZS隔振器,推导了隔振器的力和刚度表达式,通过静态平衡点处刚度及刚度二阶导数等于零的QZS条件,研究了参数影响下的力和刚度特性,获得了非线性刚度、恒值QZS和零刚度的参数条件。根据静态分析,设计了恒值QZS试验模型,通过万能试验机测得试验模型的力位移曲线,与理论值具有较好的一致性。进而采用激光测振仪和振动台开展谐波激励的动态试验,获得了恒值QZS和线性刚度隔振器的位移响应及传递率。动态试验结果表明,恒值QZS隔振器的起始隔振频率小于1.5 Hz,且传递率整体小于线性隔振器的位移传递率,而线性隔振器的起始隔振频率为4.5 Hz。综上,提出的恒值QZS隔振器不仅能实现任意恒值的QZS,并且可采用杆、弹簧方便地获得所需的恒值QZS,具有优越的低频隔振性能。

关于高校课程思政的省思:内涵、特征与实践

高校课程思政从广度上已经全面展开,但从深度上仍未有效实施。究其原因,教师在对课程思政的理解和实施等方面还存在诸多问题。为此,作者结合多年“理论力学”课程的教学实践体会和大量案例,从教育的知识、能力、素质三位一体方面,指出课程思政是教育的灵魂;根据习近平对教育的论述和有关文件精神,指出凡是以社会主义核心价值观为引领的“正能量”,均可作为课程思政的“元素”;总结提出了“短、新、近”的课程思政特点和“有准备、无准备”两种课程思政实施方式;最后指出,教师要做好课程思政,先要做好自身思政。

车轮高阶多边形磨耗发生与演化特征分析

针对日益突出的车轮高阶多边形磨耗问题,基于轮轨系统转子动力学模型、轮轨接触模型和车轮圆周磨耗深度模型,建立车轮多边形磨耗发生与演化模型;分析列车运行速度和车轮质量偏心的变化,揭示车轮多边形磨耗发生与演化的规律,并进行现场跟踪实测数据验证;通过模态和灵敏度分析研究系统参数对多边形磨耗的影响.研究结果表明:车轮高阶多边形磨耗的产生和演化遵循“定频整分”规律,即580 Hz左右的固定频率整分轮对转频时,车轮磨耗会演化成19阶左右的多边形,否则车轮磨耗将趋于均匀;该固定频率主要来源于轮对的2阶弯曲模态,且对车轴直径的灵敏度最大,通过定转速运行、增大车轴直径等措施改变固定频率可有效抑制车轮多边形磨耗.

高速转子动平衡的传递函数法

应用传递函数 (TF)的概念研究柔性转子高速动平衡两种经典方法———影响系数法 (ICM )和振型平衡法(MBM)的关系 ,证明二者本质上的统一性 ,并建立影响系数矩阵与传递函数矩阵的解析关系。应用灵敏度分析技术对柔性转子进行特征灵敏度分析 ,给出高速动平衡方法中平衡截面位置的选取原则。基于推导出的影响系数与传递函数的解析关系 ,提出柔性转子高速动平衡的新方法———传递函数法 (TFT)。多次实验表明 ,这一方法十分简单有效 ,有较高的准确性 ,既克服了影响系数法需要多次起机的缺点 。

具有滑动轴承的稳态转子系统有限元建模分析

对具有滑动轴承的稳态转子系统动态计算时的有限元建模问题进行了讨论，主要是讨论了滑动轴承油膜力及其在建模中的处理方式，提出了模拟油膜刚度的方法。经计算实例表明，运用这种方法建立的计算模型是合理的，结果准确。

耦合故障转子系统的降维及动力学特性

比较非线性Galerkin法和标准Galerkin法在处理滚动轴承和不对中、碰摩故障引起复杂非线性问题时的降维效果,并用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统的动力学特性.考虑花键联轴器不对中啮合力,建立不对中-碰摩耦合故障转子-滚动轴承-花键联轴器系统动力学模型,采用两种Galerkin法对转子系统进行降维,并进行数值仿真,利用分岔图和瀑布图等进行对比分析.结果表明:非线性Galerkin法在处理不对中单一故障及不对中-碰摩耦合故障转子系统所得结果均能与未降维系统较好地吻合,而标准Galerkin法所得结果则存在一定差别甚至出现降维方法失效;应用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统发现,尽管降维使故障转子系统的维数减少,但并未改变故障转子的动力学特性,其故障特征信息仍得到保留.

基于三次迟滞模型的超声电机圆环定子主共振响应

将改进的三次多项式迟滞模型用于描述压电材料的弹性迟滞非线性特性,建立了压电材料二维非线性本构关系。根据Hamilton原理和Rayleigh-Ritz假设模态方法,建立了不考虑界面力时旋转行波超声电机圆环定子驻波振动的非线性动力学模型。用多尺度法求解定子的一次近似主共振响应,通过定常解分析,发现定子主共振响应中存在振幅跳跃和多解现象,着重分析了压电材料弹性迟滞非线性参数对主共振响应的影响。结果表明,迟滞参数α使幅频响应曲线左偏并出现多解现象,迟滞参数α和β同时影响系统响应振幅的大小。数值计算验证了解析解的正确性。从理论上揭示了压电材料弹性迟滞非线性对圆环定子主共振响应的影响,为超声电机的优化设计和控制提供了理论依据。

高维非线性转子系统周期分岔解的数值计算

利用Poincare映射原理,提出了求高维非线性系统周期解及其分岔的方法．将从初值至稳态解的整个积分长度分成若干积分子段,设定每个积分子段中的最大循环数,并使周期数按一定规律增加．在每个子段中应用直接积分法求解,根据Poincare截面上映射点的距离判断周期解的收敛精度．由于每个积分子段中的周期数是递增的, 故求周期解所用的总积分长度趋于最小,从而耗时较少．同时,通过对Poincare映射数据矩阵中的元素排序、差分和筛选,可以计算出周期分岔解的周期数以及周期解的分岔点．应用该方法计算了2个非线性转子模型的周期分岔解:一个是考虑非线性油膜力和非线性内阻力作用的4DOF单跨转子,发现由于油膜失稳可导致内阻失稳;另一个是考虑非线性油膜力作用的16DOF双跨转子,发现了双跨转子系统失稳后的双低频现象．

压电层合圆板的非线性动力学模型与主共振响应

考虑非线性压电效应,即电致弹性和电致伸缩效应,根据Hamilton原理和Rayleigh-Ritz假设模态方法建立了表面粘贴压电陶瓷片薄圆板的非线性动力学模型,使用多尺度方法计算压电层合板驻波振动的主共振一次近似响应,给出解的特性与系统参数的关系.结果表明,在一定条件下,主共振响应存在多解和跳跃现象.改变激励频率(调谐参数)时,主共振解可能是唯一的,也可能有2个,主共振解的真正实现取决于其稳定性条件及初始条件;当激励频率由高向低变化时,存在振幅突跳和滞后.根据分析结果,计算出了在给定的参数条件下用软特性压电材料层合圆板的工作频率选取范围.数值积分的结果验证了解析解的正确性.

压电超声电机的非线性动力学研究进展

压电超声电机(ultrasonicmotor,USM)是一个具有闭环控制的机电耦合强非线性系统,在大功率情况下,会表现出明显的非线性现象.其非线性因素主要表现为:(1)定子与动子之间的接触非线性;(2)定子材料非线性;(3)温度、磨损等因素引起的缓变因素;(4)驱动电网络中的非线性因素.由于诸多非线性因素的存在,使得USM系统具有跳跃、滞后、共振频率漂移、死区和饱和等非线性现象,同时,给USM的非线性动力学建模带来了困难.而USM闭环控制要求有一个合理的动力学模型,因此,研究USM的非线性动力学建模是USM研究中的一个重要内容.针对超声电机系统中普遍存在的非线性因素和非线性动力学建模方法进行了归纳,对已有文献中有关超声电机非线性动力学的研究进行了总结,指出了有关该方面的若干研究方向.

转子系统支承松动故障非线性参数识别

针对一端支承松动的转子-滚动轴承系统,利用遗传算法对松动端的故障非线性参数进行识别。针对传统遗传算法的早熟收敛问题,提出了一种改进的遗传算法。通过适应度函数的构建,将参数识别问题转化为参数优化问题,改进了遗传算法中新一代种群的生成机制。父代种群进行交叉与变异操作后,并不直接产生新一代种群,而是取父代种群与生成的种群中适应度排序靠前的个体组成新一代种群。改进的遗传算法能以较大的变异率进行遗传进化,克制了遗传算法的早熟收敛问题,加快进化速度。用改进遗传算法识别了转子支承松动参数,并研究了变异率和噪声对识别结果的影响。研究表明,改进的方法能有效提高松动参数的识别效率,变异率最高可达0.3,噪声不超过10%时能具有理想的识别精度。基于支承松动转子实验台的实测信号,利用改进遗传算法进行了参数识别,验证了改进算法的有效性。

高校专业课教师如何做好课程思政——以《理论力学》为例

针对当前高校专业课教师在课程思政工作中存在困惑、难以有效开展的问题,结合笔者多年教学工作实践体会,从课程思政意识、课程思政方式、课程思政准备等方面讨论了做好课程思政的方法,并给出多个实践案例,以期为广大专业课教师开展课程思政提供借鉴。

力学教学体会(摘录)──略论素质教育形势下的基础力学教学

随着高校教学课程内容的改革，许多工科学校在力学课程的改革实践中作了许多有益的尝试．我们先摘编３篇，供从事教学的同志参考．

多跨不平衡轴系的非线性动力学建模

给出了多跨弹性转子系统非线性动力学建模的准则，建立了一个两跨四支撑的16DOF不平衡非线性弹性转子的动力学模型，从有限元法导出了转子系统各段横向刚度系数的解析表达式，求出转子系统各轴颈处的等效负载，模型中采用非稳态油膜力模型。本文工作为研究多跨转子系统的非线性动力特性提供了条件。

坐标平面投影法及其在Lorenz混沌系统中的应用

坐标平面投影法（CPP）是研究搞维动力系统解性态的一种半解析半数值方法。它直接在状态空间中降维。通过保留2维物理空间变量，将其余变量设为该2维动力系统的虚拟参数，可研究该2维空间（降维系统RDS）中解的性态。所设虚拟参数由对原高维系统直接数值积分得到。由于在低维（2维）空间解析分析中引入由数值积分得到的虚拟参数，使得这一方法具有特色。本文通过Lorenz混沌系统，对CPP在研究高维系统解性态方面的有效性进行了探讨。结果表明，这一方法思想朴素，分析简单，从一个全新的角度对Lorenz混沌吸引子进行了解释，阐明了非线性混沌系统通向混沌的道路。本文还证明了降维系统（RDS）与高维系统（HDS）奇点之间的关系，对进一步研究HDS解的全面性态提供了条件。

多种非线性力作用下不平衡弹性转子的分岔特性

研究了 4自由度不平衡弹性转子在非线性油膜力、非线性内阻力和非线性弹性力联合作用下的动力学特性。结果表明 ,当只有非线性油膜力作用时 ,转子只存在由于油膜失稳而导致的倍周期分岔。而当非线性油膜力与非线性内阻力共同作用时 ,在油膜失稳后 ,转子产生低频振动。转速继续增加 ,还会诱发内阻失稳 ,产生概周期运动。在倍周期分岔中 ,存在分岔激变现象。本文发现的由于油膜涡动而导致的内阻失稳 (概周期运动 )是一种未见报道的转子失稳模式 (组合失稳 ) ,它与油膜失稳 (倍周期运动 )一起可作为转子故障诊断的典型失稳模式。

转子-轴承系统的非稳态分岔

通过构造非稳态分岔图 ,研究了转子 -轴承系统在转速以一定角加速度升降时的非稳态运动。研究显示 ,稳态过程中产生倍周期分岔或概周期分岔的系统 ,相应地也将经历非稳态倍周期或概周期分岔 ,并且在运动形式转换时存在渗透和跳跃现象。研究揭示了渗透量与加速度的关系 ,并通过数值模拟 ,描述了运动转换的过程。

一种冲击式压电发电机的实验研究

介绍了自行设计制作的一种冲击式压电发电机。首先通过分析影响压电陶瓷发电量的因素,确定压电陶瓷的尺寸,并给出了冲击弹簧与恢复弹簧的刚度设计要求,然后测量了压电陶瓷叠片的模态及压电发电机的力谱,可以看出其冲击力能激发出压电陶瓷的轴向振动模态,从而使其产生的电荷能最多。最后,对压电发电机的性能进行了测试,得到其瞬时发电功率在0.3 W左右,能够点亮210个并联发光二极管。

30m^2双层非线性共振筛模态计算与动态性能评价

通过建立有限元计算模型, 对一种大型非线性双层共振筛进行了模态计算, 针对共振筛的非线性工作特性对系统动态性能进行了评估, 指出系统在工作状态中存在3倍超谐共振的可能性. 有限元模态计算结果与实测结果吻合, 说明模型建立以及参数的选择是合理的.

大型双层非线性共振筛强度计算的有限元建模技术

针对双层共振筛强度计算时惯性力难以施加的问题,提出了一种分别计算上下筛体强度的有限元建模技术.应用该建模技术建立了30 m2大型双层非线性共振筛的有限元模型,考虑两种危险工况,对该共振筛进行了动应力计算,给出了共振筛整体的应力分布规律,指出了危险应力区域,对系统的强度特性进行了评估.有限元动应力计算结果与实测结果吻合,说明模型建立以及参数的选择是合理的.