HARMONIC, SUBHARMONIC, SUPERHARMONIC, SIMULTANEOUS SUB/SUPER HARMONIC AND COMBINATION RESONANCES OF SELF-EXCITED TWO COUPLED SECOND ORDER SYSTEMS TO MULTI-FREQUENCY EXCITATION

Harmonic, subharmonic, superharmonic, simultaneous sub/super harmonic, and combination resonances of the additive type of self-excited two coupled-second order systems to multi-frequency excitation are investigated. The theoretical results are obtained by the multiple-scales method. The steady state amplitudes for each resonance are plotted, showing the influence of the different parameters. Analysis for each figure is given. Approximate solution corresponding to each type of resonance is determined. Stability analyses are carried out for each case.

Averaging Analysis of Self-Excited Motion of a Quasi-Axisymmetrical Gyrostat

The averaging analysis was carried out to study the motion of a quasi axisymmetrical gyrostat under a small magnitude self excited control torque. The common approach to investigating the problem of rigid body rotation under the action of a small torque known in the body frame was described. Using this approach, the problem (Grammel's problem for the case of small torque) that is maintaining the angular velocity of a quasi axisymmetrical gyrostat using a control torque quadratic in the angular velocity was solved.

非线性转子-密封系统动力学行为演变机理研究

旋转机械广泛应用于民用、航空、航天和航海等各个领域,其稳定的动力学行为是保证工程机械安全运行的前提。本文主要针对转子-密封系统丰富的非线性动力学行为,利用非线性动力学等理论分析了转子-密封系统发生Hopf分岔和1:2亚谐共振等动力学行为的产生条件和机理,进一步给出了非线性转子-密封系统由自激振动引发亚谐共振的动力学行为演变机理,并通过理论分析,阐明了转子-密封系统的气流阻尼和刚度等动力学参数对系统动力学稳定性的影响规律,同时也利用数值计算验证了分析结果。其理论分析结果对实际工程振动分析和结构设计具有一定的理论指导意义。

基于DEM-MBD耦合算法的自激振动深松机仿真分析

自激振动深松机的设计主要采用田间试验及理论分析方法,但田间试验成本高、周期长,同时理论分析尚不具备完整准确的解析解。为提高该类机具的设计效率,保证设计结果的准确性和可靠性,本文在课题组研制的Agri-DEM软件平台上,添加了离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)耦合算法,然后利用该算法对自激振动深松单体作业过程进行仿真分析。耦合算法中,采用MBD方法建立了台车深松机悬挂架土壤的系统动力学模型,包括7个活动刚体、1个滑移铰、7个转动铰、1个滑移驱动、1个弹簧力约束和1个阻尼约束,同时利用广义坐标分块算法将系统微分代数方程组转化为微分方程组,并通过亚当斯莫尔顿校正算法进行积分,求解获得各刚体的运动学参数和动力学参数;采用DEM方法建立了耕作土壤的离散元模型,考虑土壤颗粒的黏附力,提出一种适合于土壤等湿颗粒间的接触力学模型——湿颗粒模型,模型参数通过试凑法确定。对模型进行深松铲的动力学响应分析、弹簧及牵引力动力学响应分析和土壤扰动过程分析,仿真结果表明:土槽台车前进速度为0.5 m/s时,机具牵引力周期性变化的区间为-331.06~1492.75 N,最大牵引力为1492.75 N;深松铲的入土角周期性变化的区间为0^-0.11 rad,在高度方向上铲柄质心的变化区间为-400.33^-581.37 mm;激振弹簧受载也呈周期性变化,变化区间为2623^-2231 N;深松铲铲尖部位抬升土壤,土壤颗粒扰动量在铲尖区域最大,并沿深松铲前进方向和侧向依次递减。仿真结果直观的呈现了自激振动深松机的作业过程及土壤颗粒的运动情况,定性的解释了自激振动深松机的减阻机理。本文添加的DEMMBD耦合算法,为自激振动深松机工作过程分析和优化设计提供了一种新方法。

基于EDEM-RecurDyn的自激式振动深松铲耦合仿真研究

为探究自激式振动深松作业新的仿真研究方法,通过动力学仿真软件RecurDyn和离散元仿真软件EDEM对自激式振动深松过程进行联合仿真分析。以耕作阻力为评价指标,耕作深度、牵引速度和弹簧刚度为变量,设计3因素3水平响应面分析和优化试验。结果表明,牵引速度为3 km·h^(-1)、耕作深度为350 mm和弹簧刚度为300 N·mm^(-1)时,深松铲最大入土角为26.39°,弹簧振动频率为3.84~6.25 Hz,弹簧对耕作阻力有明显缓冲作用;自激式深松铲参数耕作深度为301 mm、速度为2.6 km·h^(-1)、弹簧刚度115 N·mm^(-1)时,以最小耕作阻力为评价指标的作业效果最优。EDEM-RecurDyn联合仿真为自激式振动深松铲的优化设计提供新方法。

一种自适应的三维荧光光谱去散射方法

三维荧光光谱因其数据量大、灵敏度高等优点,在食品科学、分析化学、生物化学和环境科学等领域应用广泛。然而,因为同时存在瑞利散射和拉曼散射,给三维荧光光谱的定量分析和数据显示带来了困难。因此,在数据处理前期,消除散射干扰对其具有重要意义。在已有方法中,对较低浓度溶液和散射峰与物质荧光信号重叠严重光谱的去散射算法的研究相对空白。针对现有问题,提出了一种自适应的三维荧光光谱去散射方法。首先,该方法通过减去每次实验获取的溶剂的光谱基线来校正拉曼散射和背景干扰。然后综合考虑散射峰与物质峰的荧光强度和重叠程度将光谱分为五类情况对应三个重叠等级:无重叠、微弱重叠和严重重叠,分别采用置零法、分段三次Hermite插值多项式算法和高斯拟合-分段三次Hermite插值多项式耦合算法对瑞利散射进行校正处理。此方法基于一维插值,仅对单个发射光谱进行研究,降低了算法复杂度,计算时间较短。通过对酪氨酸、黄腐酸、萘乙酸和罗丹明B四种典型有机化合物进行实验,评估了该方法扣除散射干扰的有效性。并且与现阶段研究中使用最多的Delaunay三角形内插值法进行比较,以重叠区域散射校正后的数据对四种有机化合物分别进行浓度回归,此自适应方法所得的平均决定系数为0.9962,相比于Delaunay三角形内插值法提高了5.04%。同时,通过对比天然有机化合物黄腐酸分别经此方法和Delaunay三角形内插值法进行散射校正后的三维荧光光谱,进一步证明了该方法更好地保持了物质荧光光谱区域的结构特征,有效地避免了过拟合现象的发生。最后,利用该方法对模拟突发污染水样进行监测,验证了此方法具有很好的普适性,有实际应用价值,为三维荧光光谱去散射提供了一种新的思路。

基于销/盘试验机的摩擦噪声试验与仿真研究

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试验结果进行对比;讨论相关参数对系统的稳定性和摩擦噪声的影响。结果表明:销与盘法向和横向振动的耦合是引起系统自激振动和摩擦噪声的重要因素;当系统摩擦界面处的摩擦因数大于系统临界摩擦因数时,系统开始出现不稳定振动,且摩擦因数越大,系统越不稳定,越易出现摩擦噪声;法向载荷对系统稳定性的影响不大;选择具有合适弹性模量的摩擦副材料可以抑制摩擦噪声的产生。

地铁曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨成因及控制方法

随着地铁列车行驶速度与行车密度不断提高,越来越多的线路出现了钢轨波磨现象,引起了严重的环境振动噪声问题。为研究曲线地段钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨的成因,对某地铁线路钢轨波磨情况以及轨道动力响应进行了现场测试,建立曲线地段轮对-钢弹簧浮置板轨道系统有限元模型,探究轮轨间摩擦系数、扣件刚度以及隔振器垂向刚度对钢轨波磨的抑制作用。结果表明,钢弹簧浮置板曲线地段波磨波长为30~50 mm,列车通过该波磨区间时会引起416~694 Hz的振动;轮轨系统位于曲线地段时的不稳定振动主要发生在内轮与内轨之间,导致内轨产生更为严重的钢轨波磨,412.56 Hz的不稳定振动是引起钢弹簧浮置板地段产生钢轨波磨的重要原因;随着曲线半径减小,钢轨波磨产生的可能性增大,特别是列车通过半径小于600 m的曲线时,轮轨间摩擦自激振动十分容易发生;降低轮轨间摩擦系数、增大扣件刚度与隔振器垂向刚度均可有效降低轮轨系统发生自激振动的趋势,从而抑制钢轨波磨的产生与发展;考虑轨道结构减振的需求以及负阻尼比的增长幅度,应优先选择增大扣件刚度的措施来抑制钢轨波磨的产生与发展。

无反馈通道自激扫掠喷嘴工作特性

无反馈通道自激扫掠喷嘴仅在压力驱动下,通过两股射流在耦合腔内部的相互作用,就能在出口实现液柱喷射方向的自激发高频变化。为了探索此新型喷嘴在航空发动机内燃油喷射的应用潜力,本研究综合采用高速阴影成像法和二维数值模拟方法,研究了不同工作介质、不同缩比尺寸下,无反馈通道自激扫掠喷嘴的特征流速、工作频率、扫掠张角等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明,无反馈通道自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力范围(0.1~6 MPa)和特征尺寸范围(0.2~7 mm)内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡喷射,产生30°以上的扫掠张角和5 kHz以上的振荡频率。无反馈通道自激扫掠喷嘴的扫掠张角基本不随压力和等比缩放特征尺寸而变化,但是其工作频率与其喉道处的特征流速成正比,与喉道宽度成反比,且其频率响应存在双模态现象。

气膜端面密封角向摆动自振稳定性

提出造成气膜端面密封角向摆动自振的内在机理，既有半频摆动自振又有角向气锤自振。在其稳定性分析中给出了不同端面结构、浮环支撑弹簧和二次密封阻尼等的影响。分析按照小扰动线性化的分布参数法，联立气膜微扰雷诺方程和浮环微扰运动方程，对密封系统的角向摆动自振稳定性界限进行了数值迭代。

多自由度分段光滑非线性系统的近似解——中华文物龙洗的自激振动

建立了由于摩擦引起的两个弹性体之间自激振动的数学模型.利用平均法求出了由干摩擦引起的多自由度分段光滑非线性动力系统的近似解析解,分析了搓动速度、振动频率与振幅的关系曲线,相位角与搓动速度的关系曲线,分析结果与数值解基本吻合.为研究多自由度分段光滑非线性系统提供了一种有效的近似解析分析方法.

大跨桥梁颤振自激力的强迫振动法研究

利用我们开发的国内第一个强迫振动法试验方法 ,研究了三种不同断面的桥梁颤振自激力特性和Scanlan提出的颤振导数理论的若干假定。研究表明 ,在实用风速范围内 ,颤振导数基本与测试频率、振幅无关 ;流线断面的自激力能基本符合Scanlan的线性假定 ,但钝体断面的自激力高次谐波分量大 ,明显具有对模型运动的非线性响应特征。

自激脉动燃烧器脉动频率跳变的实验研究

对自激脉动燃烧器脉动频率的跳变现象进行实验研究,测得了此类燃烧器频率随功率、当量比跳变的规律:当燃烧器功率降低到某一临界值时,其工作频率将从基波型的频率值上跳到高一次的谐波型的频率值;进一步降低燃烧器的功率,其工作频率将在这一谐波振型上按声学规律继续下降,反之亦然;当量比较高时,燃烧器在功率较高的情况下就会出现频率跳变;当量比过低时,会导致燃烧器在频率跳变阶段运行不稳定。根据实验测量结果,运用瑞利准则分析了产生这一现象的机理,并且提出了控制燃烧器频率跳变的有效方法。

干摩擦自激振动周期解的同伦方法

针对一类单质体-传输带干摩擦系统,首先对系统平衡点进行稳定性分析,然后利用同伦方法研究系统的纯滑动和粘滞-滑动形式的干摩擦自激振动。通过适当选取基函数,定义初始猜测解、辅助线性算子和非线性算子,计算到二阶或三阶近似即可得到精度较高的解析近似解。由于粘-滑极限环由两个阶段组成,具有非光滑特点,在计算其滑动阶段时,可以允许近似解中出现长期项。

基于内在反馈的机械系统低速运动平稳性研究

运用集中参数法建立了机械系统进给机构的非线性动力学模型 ,从数学模型出发 ,基于内在反馈的概念 ,将控制论的观点引入了机械系统 ,用描述函数法导出了低速运动时出现自激的条件 ,提出了低速运动时抑制自激的方法 ,并在消除自激的基础上 ,基于文献[1]所提出的控制策略 ,给出了提高低速运动精度的控制方案。

基于温度体动网格方法的微弯薄翼振动问题

为研究微弯薄翼转轮在运行过程中存在的振动问题,发展基于温度体动网格模型的流固耦合算法。流体控制方程采用任意拉格朗日—欧拉方法描述下的基于特征线方程的分离算法求解,时间域采用特征线方程进行离散,动量方程采用非增量型分离算法求解。在每个时间步上采用温度体模型生成动态网格,并传递边界条件。温度体动网格方法将边界处的节点位移映射为求解域的温度边界条件,采用固体导热方程作为控制方程求解得到内部节点温度,并将其作为节点的动态位移。数值方法模拟转轮运行在工作攻角时,翼型振动存在的连锁区域。并对连锁区域的范围,涡脱落特性和翼型发生自激振动的可能性进行研究。作为对试验数据的补充,数值模拟还预测了运行在工作攻角附近情况下的连锁区域。

基于时域仿真抛载法的同步发电机参数辨识方法

获取准确的发电机参数是提高电力系统仿真计算准确性的重要依据,有利于电网的安全稳定运行。应用抛载法对发电机的抛载过渡过程进行理论分析,基于时域仿真抛载法提出同步发电机参数的辨识方法。利用抛载法进行发电机现场试验,获得发电机空载、灭磁和d/q轴抛载试验数据并进行分析处理。模拟现场试验工况,建立发电机空载、灭磁及d/q轴抛载的时域仿真模型,将仿真结果与试验结果进行对比分析,辨识得到全套发电机参数。为验证提出参数辨识方法的有效性,建立发电机异步自励磁仿真模型并利用辨识参数与原厂提供参数进行异步自励磁工况仿真,将仿真结果与试验波形进行对比,表明辨识参数具有更高的准确性。

车轮阻尼及接触点位置对轮轨接触过程稳定性的影响

结合S形辐板辗钢整体车轮和60 kg/m钢轨的尺寸与性能要求,利用有限元法和模态试验法建立车轮高频振动模型,并在考虑钢轨断面变形和轨下结构影响的基础上建立钢轨高频振动模型。在改变轮轨接触点位置和车轮模态阻尼比的情况下对轮轨接触系统进行了稳定性分析。结果表明:节圆数为0的车轮模态对系统稳定性的影响最明显;增大横向蠕滑量会使轮轨接触系统容易发生不稳定,并且该蠕滑量在轮缘接触时的影响比在踏面时要大;接触点位置对接触系统稳定性的影响与轮轨偏向角及接触面摩擦系数的大小有关;增大车轮阻尼能明显减少接触系统不稳定频率的个数,并且在偏向角较大时,阻尼的作用对轮缘接触更明显。

220kV电容式电压互感器介损超标原因分析

东北某500 kV变电站在交接试验中发现同批次220 kV电容式电压互感器介损值(tanδ)均超标,为查明原因,将其返厂试验。针对现场测试和出厂试验的差异原因进行了分析,并提出了介损值超标的改进方法。

面向大型同步发电机组的起励系统设计

大型同步发电机已广泛采用自并励励磁系统。文中在对大型同步发电机起励深入研究的基础上,根据起励的特点并结合工程实践,提出了一种基于起励—转子回路时间常数的起励系统主回路设计新方法,包括起励电源的选择、起励—转子回路时间常数的选取计算及关键器件设计方法等。同时,提出了一组适用于大型同步发电机起励的控制新策略,包括整流装置与起励的协调控制、起励回路退出控制策略、基于积分分离法的升压过程控制策略等。仿真结果与1 000MW汽轮机组、700 MW水轮机组的工程实践充分验证了所提出的起励设计方法与控制策略的正确性和有效性。