基于分数阶微积分的裂纹转子系统非线性动力学特性研究

在考虑非线性涡动的情况下,建立了分数阶阻尼裂纹转子系统的非线性动力学模型,并用龙格-库塔法和连分式Euler法对其进行了数值仿真。讨论了分数阶阶次、转子转速和裂纹深度对分数阶阻尼裂纹转子系统非线性动力学特性的影响。研究结果表明:对于具有分数阶特性的转子系统,采用分数阶来建立裂纹转子系统模型,能更好地揭示系统的非线性动力学特性;在相同的裂纹深度和相同的分数阶阶次下,随着转速比的增加,转子系统依次经历混沌、倍周期和周期运动;在相同的转速比和相同的分数阶阶次下,裂纹深度比较小时,引起的转子刚度变化量不大,一般不会出现复杂的分叉与混沌现象;随着裂纹深度的加深,转子的刚度减小,转子系统呈现复杂的振动特性,裂纹故障特征越来越明显,转子系统由单周期运动变换到倍周期运动,二倍频分量占主导地位,同时其他倍频分量也相继出现。这些有价值的结论对转子裂纹的故障诊断提供了参考。

基于Hardin骨架曲线的粗粒土非线性动本构模型

为研究高速铁路路基粗粒土填料在列车荷载作用下的动力特性,使用大型动三轴实验仪对粗粒土填料开展了动力变形特性试验研究。以Hardin-Drnevich骨架曲线为基础,采用Masing准则构造了粗粒土加载、卸载的动应力动应变关系滞回曲线;推导了粗粒土的Hardin-Drnevich骨架曲线和加载、卸载滞回曲线上增量剪切模量表达式。利用ABAQUS软件的UMAT子程序编制了基于Hardin-Drnevich骨架曲线和广义Masing准则的粗粒土非线性动本构模型子程序。通过与三轴试验结果比较,验证所建立粗粒土非线性动本构模型的正确性。将该本构模型应用到高速铁路路基动力响应分析中,模拟结果与模型试验数据吻合较好。相对于摩尔库伦本构模型,该本构模型能够更好地反映铁路路基动力响应特性。

动力稳定车金属橡胶弹簧非线性动刚度特性研究

金属橡胶弹簧的动刚度是进一步研究动力稳定车整体性能的关键因素之一。根据动力稳定车金属橡胶弹簧本构参数,建立了金属橡胶弹簧有限元模型,基于LS-DYNA研究了金属橡胶弹簧的3个坐标方向的非线性动刚度。根据分析结果,认为金属橡胶弹簧在不同的载荷、频率组合下其动刚度呈现非线性变化。分析结果可为动力稳定车金属橡胶弹簧的优化设计提供理论依据。

滑动轴承油膜非线性动力学分析

在滑动轴承线性油膜力、动力特性研究的基础上,以大型汽轮、水轮发电机组涉及的滑动轴承为对象,研究其非线性油膜力、油膜非线性动特性的建模、表征和实验测试;计算、分析润滑介质、轴颈和轴承扰动、热弹效应(包括瞬态热弹效应),边界条件等对非线性油膜力、油膜非线性动特性以及相应滑动轴承 转子系统动力学特性的影响;研编上述研究内容涉及的相关软件。

基于非线性动响应的夹持松动特性研究

根据夹持结构存在的局部非线性特点,研究基于非线性动响应的夹持松动识别方法。利用悬臂梁结构在夹持边界条件下自由振动的非线性动响应理论解,将结构非线性响应的二次谐波振幅与基频振幅响应的比例系数r作为松动判别特征量,研究夹持结构的松动特性规律。以夹持悬臂梁结构为研究对象,建立接触有限元模型来计算夹持结构的非线性动响应;同时开展了试验研究,通过不同夹持力下结构振动响应特性来验证该方法的有效性。仿真和试验结果表明,随着夹持力的增加,结构非线性动响应信号的二次谐波振幅呈下降趋势,振幅比值r呈幂指数下降。二次谐波振幅与基频振幅的比值r可以作为表征结构松动状态的判据。

高压输电线路导线跌落非线性动响应分析

在高压输电线路中,绝缘子由于受到外界多种因素的影响出现断裂而导致导线跌落,而导线跌落的过程中会给高压输电线路产生连续的动力冲击作用。本文主要结合实例,对高压输电线路导线跌落过程进行了模拟,进而对导线跌落的非线性动响应进行了分析,以供参考。

旋转弹体尾翼片非线性动载荷响应特性分析

旋转弹体在非稳态带攻角飞行时,可晃动尾翼片可能在较低转速下因低频动载荷响应过大造成结构提前断裂。针对旋转弹体尾翼片的动载荷响应破坏问题,建立了一种存在间隙的尾翼片在离心力以及非定常气动力作用下的非线性动载荷响应分析模型。对该系统的动力学方程进行数值求解,并使用Matlab/Simulink软件平台进一步开发尾翼动响应分析工具。通过调整尾翼片可晃动量e和载荷振荡因子k,研究了旋转弹体尾翼片的非线性动载荷响应特性,并指出旋转弹体在非稳态带攻角飞行时,可晃动尾翼片因倍周期低转速振动放大而可能提前发生破坏。

超临界二氧化碳涡轮转子非线性涡动的密封动力特性

超临界二氧化碳涡轮密封具有较强的气动特性和转子非线性运动特征,为探究密封气动作用对转子运动的影响,该文通过Fluent用户自定义函数和四阶Runge-Kutta构建转子-密封的非线性涡动模型,实现转子非线性动力学与密封流场的联合求解,得到转子受密封气流激振力作用下自由涡动的动力特性,揭示密封气流激振对转子失稳的作用过程。结果表明:不平衡质量力和转子弹性恢复力会使得转子运动呈现弧状的螺旋运动。密封的气体动压作用导致发生转子横向偏移。密封气流激振力呈现带状分布,在工作转速形成明显的振幅,动力系数波动幅度较大。不平衡质量力和气流激振力使得密封有效阻尼较低,更容易发生运动失稳。

基于作动器非线性的主动悬架减振性能研究

针对电磁主动悬架中直线作动器非线性特性对车辆减振性能产生影响的问题,采用麦克斯韦应力张量法建立输入电流与输出电磁力的非线性解析模型。通过拟合作动器非线性力的办法将解析模型中多结构参数问题缩减到二维,再将作动器拟合模型应用到采用LQG控制器的1/4车辆悬架模型中,研究作动器非线性对车辆减振性能的影响。结果表明:作动器的非线性使LQG控制效果变差,实际减振性能降低;作动器结构参数中极对数与初级定子长度的比值接近车辆共振频率时,减振性能最差。

连续长索非线性静动力分析的样条单元

本文建立了三维长索局部和整体坐标间的映射关系，采用三阶Ｂ样条基构建索的等参元模型，导出了假定初应力技术以克服索初平衡状态寻找中可能遇到的困难。采用本文方法可以求解松索、紧索及索系统的非线性静动力问题。

土体动非线性黏弹性模型及其ABAQUS软件的实现

基于土的动应力-应变关系——Davidenkov骨架曲线,采用破坏剪应变幅上限值作为分界点,对Davidenkov骨架曲线进行了修正,即当剪应力值大于破坏剪应力值时,土体产生破坏,土体的动剪切模量采用破坏后的动剪切模量;参考Mashing法则,构造了修正后的Davidenkov骨架曲线土体加卸载对应的应力-应变滞回圈曲线。基于ABAQUS软件的操作平台,开发了土体动弹塑性本构模型的子程序。选择南京某个典型软弱场地为研究对象,首先输入余弦加速度时程曲线,然后选取一条强震加速度记录作为基岩输入地震动,对不同峰值加速度水平下该场地的地震反应进行了二维有限元非线性分析,计算结果验证了所建模型的准确性和可用性。

基于H_∞滤波器的非线性摄动时滞系统的故障诊断

针对一类非线性摄动时滞系统,基于H∞滤波器技术,探讨了系统的故障诊断问题.首先引入参考模型,通过构建故障观测器,形成能反映系统故障的广义残差模型;然后通过基于线性矩阵不等式(LMI)的方法,将故障诊断问题转化为系统鲁棒稳定性分析问题,并给出该问题解存在的LMI条件和求法.该方法既提高了故障观测器对残差的敏感性,又有效地抑制了干扰,提高了故障检测的效果.仿真结果表明了该算法的有效性.

非线性摄动离散系统H_∞鲁棒控制

对于具有非线性摄动的离散系统 ,提出了H∞ 鲁棒控制问题 .应用离散系统H∞ 范数与Riccat不等式的关系 ,给出了考虑具有不确定非线性摄动离散系统的H∞ 鲁棒性能设计准则 ,以此 ,给出了对于这样的被控对象的反馈控制器设计方法 .

分离涡模拟和非线性声学方法求解腔体气动噪声对比分析

超声速条件下内埋式弹舱通常存在明显的自持振荡现象并产生强烈的气动噪声。分别利用分离涡模拟(DES)方法和求解非线性脉动方程组的非线性声学方法,对来流马赫数为2.0条件下,长度与深度比为5.88的开式空腔进行了数值模拟。计算结果表明,非线性声学方法得到的各模态声压级量级与实验结果符合较好,而DES方法得到的结果偏小,幅值在5 d B左右;DES方法求得的各模态频率与实验吻合较好,而非线性声学方法求得的频率有一定偏差。产生这些差别的原因是DES方法能较为准确地捕捉噪声源,而非线性声学方法由于耗散小而能较好地模拟噪声传播过程。从两种方法所需的计算资源对比表明:DES方法要求较密的网格和较小的时间步,需要耗费较多的计算资源;非线性声学方法采用人工合成湍流的方法来模拟小尺度脉动,可以选择较粗的网格和较大的时间步从而节约计算资源。

非稳态非线性油膜力作用下柔性轴裂纹转子的动力特性分析

分析了在动载轴承非稳态非线性油膜力作用下 ,具有横向裂纹柔性轴Jeffcott转子在非线性涡动影响下的动力特性 .通过数值计算表明 ,在油膜失稳转速前 ,随着裂纹轴刚度变化比的增大 ,系统在低转速区域内具有丰富的非线性动力行为 ,出现倍周期分叉及混沌现象 ,涡动振幅随转速升高而减小 ,直到非稳态非线性油膜失稳 .在无裂纹转子油膜临界失稳点处发现了类Hopf分叉现象 ,系统运动由平衡变为拟周期运动 ;裂纹转子在油膜临界失稳时的系统运动亦为拟周期运动 .裂纹转子轴刚度变化对油膜失稳点及油膜失稳之后转子的运动影响不大 ,转子系统作拟周期运动 .

一种确定均匀动脉壁面切应力的非线性方法

从Ling和Atabek提出的"局部流"理论出发,提出一种利用测量血液黏度、管轴上的血流速度、压力和管径波形计算均匀动脉管壁切应力的非线性方法.将这种方法与柳兆荣等提出的利用测量血液黏度、管轴上的血流速度和平均管径计算切应力的线性方法比较,结果表明,当管壁脉动幅度较小时,两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别较小;而当管壁脉动幅度增大时,两种方法计算的压力梯度、流速剖面和管壁切应力差别增大.对于小幅脉动均匀动脉,用线性方法计算管壁切应力有较高的精度;而对于大变形均匀动脉,则需要考虑非线性因素对管壁切应力的影响.由于作为输入量的血液黏度、轴心血流速度、压力波形和管径波形可在活体上通过无损伤或微损伤的检测方法得到,所提出的计算切应力的方法为在体或离体研究切应力与动脉重建的关系提供了方法学基础.

非线性摄动时滞系统的H_∞/H_-鲁棒故障检测

基于H∞/H-滤波器技术,探讨了一类具有非线性摄动的时滞系统的鲁棒故障检测问题.通过构建故障观测器,形成能反映系统故障的广义残差模型.基于线性矩阵不等式(LMI)的方法,将故障检测问题转化为系统鲁棒稳定性的分析问题.并给出了该问题解的存在的LMI条件和求法.该方法既提高了故障观测器对残差的敏感性,又有效地抑制了干扰,从而提高了故障检测的效果.仿真结果表明,该方法是可行和有效的.

基于非线性摄动的随机有限元分析

摄动随机有限元是一种考虑可靠度随机性的有限元方法 ,它可以考虑岩土工程中存在着的很多的不确定因素 ,并对岩土工程各种边界条件和非线性应力应变土体本构关系有着较强的适应性 ,文中探讨了这一方法 。

非线性摄动电报方程解的渐近理论及应用

该文研究一类具初值问题的半线性电报方程解的渐近理论，在Sobolev空间中回答了VanHorssenW．T．与VanBurghA．H．P．[1]提出的问题．

非线性随动强化条件下的安定定理

基于经典的安定理论与随动强化模型的一般性质,将结构在强化过程中的背应力计入Von Mises屈服准则,建立了随动强化条件下结构的静力安定定理;将背应力与对应的塑性应变率的点积在一个载荷循环内的积分计入塑性耗散功,建立了随动强化条件下结构的机动安定定理,扩展了经典安定理论的应用范围。针对两种定理的存在格式进行了理论证明,并以推论形式给出了结构在随动强化条件下静力安定和机动安定另外两种存在格式。结果表明,随动强化材料的安定状态和安定极限不受强化过程的影响,只取决于材料的初始屈服应力和最终屈服应力。