Duffing振动系统的全局吸引子研究

研究Duffing振动系统的全局吸引子.基于轨道摄动的思想,讨论非线性系统摄动轨道的快速求解算法,并应用到图胞映射方法中,提高了胞映射算法的计算效率.以典型Duffing振动系统为应用实例,分析了系统的全局空间结构.研究表明:系统存在全局吸引子共存现象,且随着参数的变化,系统发生边界激变.

强迫Duffing振动系统的主共振鞍结分岔控制

设计了非线性参数控制器来改变非线性系统的稳态响应 ,减小了系统的响应幅值并消除了共振时的鞍结分岔。首先由多尺度法得到系统的近似频响方程 ,再由奇异性理论来分析分岔特性 ,从而实现非线性控制的目标。最后对强迫 Duffing系统的主共振形式进行了分析 ,由数值模拟来确定分岔控制是可行的和有效的。

硬弹簧Duffing隔振系统的隔振性能与分岔分析

随着隔振技术发展,在低频处的有效隔振成为重要研究对象,加装非线性元件也是实现低频隔振的常用手段。Duffing系统是一种非线性隔振系统,用于描述在外部驱动力和非线性恢复力作用下的振动现象,现广泛应用于微弱混沌信号检测,以该隔振系统为对象,运用Matlab对模型进行模拟分析研究其力传递率从而分析其整体与低频处隔振性能受参数的影响。利用分岔图配合相图和时域图研究硬弹簧Duffing隔振系统的动力学特性。

谐波电流激励下电驱动系统振动特性及主动控制策略研究

为研究谐波电流激励下电驱动系统机电耦合振动特性及主动减振控制策略,以某电动汽车电驱动系统为研究对象,综合考虑电机本体结构特性、磁饱和特性、齿轮时变啮合刚度、啮合误差等非线性因素,建立了电驱动系统机电耦合动力学模型,研究了不同谐波电流激励下电驱动系统机电耦合振动特性。在此基础上,提出了基于谐波电流注入的电驱动系统主动减振控制策略,并通过离线辨识最优谐波电流参数。仿真结果表明:电磁激励与非线性机械激励耦合效应导致电磁转矩波动和相电流波形畸变,谐波电流激励加剧电机电磁转矩和齿轮传动系统振动幅值;基于谐波电流注入的电驱动系统主动减振控制策略作用下电机转矩波动及齿轮副动态啮合力6f_(e)、12f_(e)谐波分量幅值明显降低。

基于直驱并联机构的六自由度振动校准系统研究

直驱并联机构六自由度振动校准系统可以实现高精度和多自由度的运动模拟和校准,具有良好的应用前景。为了解决平台驱动关节滑块位置跟踪精度低的问题,对该机构进行动力学力矩前馈补偿分析。利用虚功原理建立该机构动力学模型,提出一种基本伺服算法与动力学前馈补偿相结合的控制策略。在实验样机上进行力矩前馈补偿,实验结果表明,在开放伺服程序增加力矩前馈补偿后,可以降低该机构在运动时的跟随误差,进行不同幅值单自由度正弦运动时,跟随误差分别下降40.32%、39.04%、43.24%、48.19%。并对振动台进行了性能检测,在平台基础上,搭建激光测量系统和数据采集模块,进行传感器校准和性能分析,平台横向振动比较小,谐波失真度均小于2%,平台具有较好的稳定性和性能。

基于PSO-LSTM的重载铁路车轨桥系统随机振动响应预测方法

在车桥系统随机振动分析中,随机动力响应是评价行车安全性的关键因素之一,而现有的响应计算方法存在耗时长、成本高的问题。能够快速准确预测车-轨-桥系统的动力响应对重载铁路桥梁的状态评估和运维养维具有重要意义。本文提出了一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)长短期记忆(Long Short-term Memory,LSTM)神经网络模型的重载车桥系统随机振动响应预测方法。该方法以车桥随机参数与轨道随机不平顺激励为输入,以桥梁动力响应为输出构造代理模型。首先,基于商业软件MATLAB平台构建PSO-LSTM网络模型;其次,通过建立的车-轨-桥系统随机振动分析模型计算初始样本集对应的随机动态响应,并进行模型训练,同时利用PSO算法优化LSTM结构参数;最后,使用训练好的PSO-LSTM模型对桥梁动态响应进行预测。为了验证本算法的优越性和鲁棒性,以朔黄重载铁路实测数据为例,对比本算法与BP(Back Propagation)神经网络、GRU(Gated Recurrent Unit)神经网络和LSTM神经网络的预测效率,并讨论不同车速下的预测情况,开展本模型与实测数据及有限元分析数据的对比分析。研究结果表明:在PSO优化下,LSTM模型预测结果得到一定的改善,PSO-LSTM模型拟合相关性系数可以达到0.97,其他评价误差值也均小于BP神经网络、GRU神经网络模型,本文模型可更高效准确地预测桥梁随机动力响应,可为进一步发展车-轨-桥系统随机振动响应预测理论提供技术支持。

基于SSA-BP神经网络的车-轨-桥系统随机振动分析

轨道及桥梁结构参数随机性对车-轨-桥耦合系统的振动影响不能忽略。基于代理模型研究轨道-桥梁间3层弹簧刚度和弹簧阻尼以及桥梁刚度和阻尼的随机性对竖向车-轨-桥耦合系统动力响应的影响。首先,基于经典的车-轨-桥耦合系统力学模型(没有考虑桥墩),采用Monte-Carlo生成2 000个样本集,作为代理模型的训练集。然后,对比SSA-BP(麻雀优化BP算法)与传统BP神经网络、GA-BP神经网络(遗传优化BP算法)对车辆和桥梁响应的预测精度,同时探讨样本数量以及Levenberg-Marquardt和Bayesian Regulation训练算法对SSA-BP神经网络预测精度的影响。最后,假定各随机参数概率分布规律服从高斯型正态分布,所有随机参数变异系数均分为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25等5个级别,采用所提出的SSA-BP神经网络研究轨道及桥梁的刚度和阻尼变化对车辆和桥梁响应极值的影响。结果表明:与经典的车-轨-桥耦合系统力学模型相比,所提出的代理模型具有更高的计算效率;SSA-BP模型对车辆和桥梁响应的预测精度高于GA-BP模型,GA-BP模型的预测精度高于传统的BP模型;SSA-BP模型采用Levenberg-Marquardt训练算法对车辆和桥梁响应的预测精度优于Bayesian Regulation训练算法的预测精度;道砟和桥梁之间弹簧刚度的随机变化对桥梁随机振动响应尤为明显;钢轨和轨枕之间弹簧刚度的随机性对车体响应的影响不可忽视,而桥梁刚度和阻尼随机性对车体的影响可不考虑。研究成果可为车轨桥系统随机振动响应预测进一步研究提供依据和参考。

基于树莓派和视觉图像的钻井振动筛倾角调节系统

目前,我国的钻井振动筛均采用人工监测筛面固液分离状态和手动调节筛面倾角的方式进行操作,无法实现自适应工作,常常出现钻井液“跑浆”现象。针对这一问题,提出了一种基于树莓派和视觉图像的钻井振动筛倾角调节系统。该系统以树莓派及专用摄像头、电机驱动板和2台步进电机为硬件平台,搭载基于OpenCV和改进AlexNet模型开发的图像识别软件,用于实现钻井振动筛的筛面固液分离状态视觉检测与筛面倾角自动调节。首先,根据钻井振动筛固液分离过程中液相终止线的位置特征,将采集的筛面图像分为正常、少浆和跑浆状态三种类别,并构建筛面图像数据集。然后,使用TensorFlow平台搭建基于迁移学习的AlexNet模型,以实现钻井振动筛的筛面固液分离状态的自动识别。最后,基于识别结果,由树莓派的GPIO(general purpose input/output,通用型输入/输出)接口控制2台步进电机同步工作,以实现钻井振动筛的倾角调节。结果表明,所设计的倾角调节系统对筛面固液分离状态的识别准确率达到97.33%,响应时间约为1.5 s,可满足钻井振动筛的倾角调节要求。该倾角调节系统设备体积小,成本低,且便于调试与维护,可有效提高钻井振动筛的自动化水平。

基于MRD优化布置的水轮发电机组碰摩系统振动抑制

针对水轮发电机组转子-转轮系统碰摩故障问题,采用磁流变液阻尼器(magneto-rheological damper,MRD)对轴系振动进行抑制,旨在探究MRD对机组轴系振动的影响规律及其对系统碰摩故障的抑制效果。首先,将机组轴向位置函数引入MRD非线性动力学模型,推导了碰摩故障下含轴向分布参数的MRD-转子-转轮系统动力学方程。其次,基于数值模拟方法,以机组转速为控制参数对比分析了是否考虑MRD的转子-转轮系统非线性动力学行为。最后,研究了不同MRD轴向布置参数对碰摩转子-转轮系统动力学行为的影响。研究结果表明:MRD的加入对转子、转轮非稳态运动具有良好约束作用,能够显著减小转子、转轮振动幅值,有效避免了机组轴系碰摩故障的发生;当阻尼器位置参数s_(1)、s_(2)分别取0.25与0.95时,MRD对系统的减振效果最佳。通过在机组轴系合理布置MRD,可有效改善系统振动情况,从而为水轮发电机组振动控制提供有益指导。

空蚀实验装置的超声振动系统及其变幅杆研制

空蚀是水力机械常见的失效破坏形式,常用超声空蚀实验装置来研究空蚀过程及材料的抗空蚀性能。针对超声空化原理及超声空蚀实验装置的要求,利用变截面的波动方程和传统变幅杆的设计理论设计了圆锥复合变幅杆;通过ANSYS软件对变幅杆进行模态分析和谐响应分析,并对其进行多尺寸结构优化设计,以获得最优尺寸参数;根据优化参数研制了圆锥复合变幅杆,将其与换能器和工具头联接构成装置的超声谐振系统,并进行了阻抗分析和振动性能测试,结果表明变幅杆振动效果良好、满足超声空蚀实验装置的要求。

基于轨道车辆振动理论的虚拟演示系统开发

基于轨道车辆振动理论课程公式繁杂、理解难度高及传统课堂教学欠缺直观振动现象演示的问题,利用Adobe Animate CC、MATLAB、Hypermesh、ANSYS和Adobe Media Encoder CC多种软件联合,建立了多种表现形式的虚拟振动演示系统。该系统通过交互式动画、振动曲线及振动云图等虚拟实验技术,将振动理论和现象多角度地呈现给学生。以单自由度无阻尼强迫振动与简单弹性体振动为例,介绍了多软件联合建立虚拟振动演示系统的过程,直观地展示了典型振动形式的动态过程,有助于深化学生对基础理论的理解,激发其学习兴趣,提高轨道车辆振动课程的教学质量。

掘进机截割部齿轮传动系统振动特性研究

掘进机截割部齿轮传动系统性能的好坏直接决定掘进机的使用寿命和传动效率。以某型掘进机截割部齿轮传动系统为研究对象,分析了掘进机截割部组成及齿轮传动系统,运用MATLAB对减速机齿轮传动系统振动特性进行研究和分析。研究结果表明:掘进机截割减速机输入一级中心齿轮和一级行星齿轮X向振动位移呈现单周期稳定波动,2个X向振动位移共振频率均在180 Hz左右;输入一级中心齿轮X、Y向振动位移小于一级行星齿轮X、Y向振动位移。该研究为掘进机截割部齿轮传动系统振动噪声的改善提供理论依据。

电力系统低频振荡监测的Duffing振子可停振动系统法

电力系统实测低频振荡信号的主要特点为:振荡模式出现的时间不确定,持续的时间不确定,振幅带有阻尼特性且随时间变化。因此,在对低频振荡信号进行参数辨识之前,应判别是否发生了持续、稳定的低频振荡。但现在认可度较高的低频振荡分析方法并不对此进行判别,缺乏真实性。基于此,本文提出了电力系统低频振荡监测的Duffing振子可停振动系统法。Duffing振子可停振动状态的改变对周期扰动高度敏感,同时对随机微小扰动却十分不敏感。根据这个特点将量测信号输入到可停振动系统中,得到其相轨迹。随机微小扰动的相轨迹聚焦为一点,为可停振动状态,弱阻尼模式的低频振荡和强迫功率振荡相轨迹存在"低频振荡吸引子",而负阻尼的低频振荡的相轨迹存在"低频振荡排斥子"。因此,根据相轨迹的状态改变,可以判断是否存在稳定的低频振荡信号,是哪种模式的低频振荡,以及模式的阻尼特性。为快速准确地告警、合理选择振荡抑制措施及快速抑制振荡提供依据。该方法通过可视化的方法展现振荡过程和特性,利用其提取的对数平衡距可以对相轨迹进行定量分析,为低频振荡监测提供了一种新的分析方法。

高速列车齿轮传动系统机电耦合建模与振动特性分析

为研究高速列车运行过程中齿轮传动系统的振动特性,文章基于多体系动力学理论和交流电传动理论,利用Simpack和Simulink建立了高速列车齿轮传动系统机电耦合动力学模型,并开展了有、无轮轨激励下的振动特性分析,通过对比仿真与实测齿轮传动系统振动加速度时频域数据,验证了模型的准确性。对比有、无轮轨激励工况显示:无轮轨激励时振动幅值较小,在频域上以内部齿轮啮合激励频率为主;而在轮轨激励作用下随着运行速度增加,齿轮传动系统振幅急剧增大,在频域上低速段以齿轮啮频为主,高速段以车轮多边形为主。分相区内外对比显示:电机扭矩作用使齿轮传动系统振动幅值显著增大,且频域中齿轮啮频和车轮多边形主频成分更明显。研究结果表明:由于高速列车齿轮传动系统服役环境的特殊性,电机扭矩、轮轨激励对齿轮传动系统振动存在显著影响,设计时须考虑负载和激励的耦合作用。

常数激励与简谐激励联合作用下Duffing系统的非线性振动

以Duffing系统为研究对象,探讨常数激励与简谐激励联合作用下系统的骨架曲线及幅频响应特性,重点考察常数激励的影响。采用谐波平衡法求解该系统的振动方程,得到幅频响应关系,并给出了骨架曲线以及周期解的稳定性分析。采用幅频响应曲线和骨架曲线表征系统的基本动力学性质,讨论了常数激励和简谐激励幅值对系统幅频曲线性态和骨架曲线形态的影响。研究发现,系统振动响应中直流分量与谐波分量的振幅同步变化,但变化趋势相反。此外,两者骨架曲线的形态均是先向左微偏后转为向右弯曲,因此,在某些参数条件下,对应一个激励频率的周期解可能有5组,其中3组为稳定性,2组为不稳定解。进一步通过增大常数激励发现其能够对该系统造成的“刚度增强”效应,但同时也会伴随着愈加显著的“刚度渐软”特性。相应地,对于特定的简谐激励幅值,随着常数激励的增大,系统的幅频曲线能够由纯硬特性转变为软硬特性共存,甚至纯软特性。但是,在大尺度下观察,常数激励对系统骨架曲线的影响主要表现在骨架曲线根部的形态上,即随着简谐激励幅值的增大,常数激励对系统共振频率的影响变弱,不同常数激励下的骨架曲线趋于一致。

大尺寸三维超声振动系统的智能优化设计

对大尺寸三维超声换能器系统的耦合振动进行有效控制,优化系统的性能,一直都是功率超声领域亟待解决的难题.研究发现,一些声子晶体槽、孔结构可以对大尺寸换能器系统的横向振动进行抑制,提高系统振幅分布均匀度,且可以通过改变声子晶体结构的配置参数人为地实现对大尺寸三维超声振动系统性能的调控.但过多的设计参数必然会增加系统设计的复杂度,且目前大尺寸三维超声换能器系统的优化设计依赖于经验试错法,设计效率和成功率较低,性能也无法保证.研究引入同质位错、点缺陷结构对大尺寸三维超声振动系统进行优化设计,并利用数据分析技术评价了同质位错、点缺陷结构的配置对系统辐射面的纵向位移振幅、振幅分布均匀度、辐射声功率、工作带宽等的影响规律,建立了同质位错结构、近周期缺陷结构的结构参数——大尺寸超声换能器系统性能的预测模型,实现了对大尺寸功率超声换能器系统的智能设计,提高了设计效率和成功率,降低了设计成本.

船舶主机基座系统振动分析及控制技术

船舶主机基座系统是由基座结构和控制系统等2个部分组成。在主机持续工作的情况下,产生的交变载荷会通过基座系统传递,引起船体结构振动,可能对船体结构的安全构成威胁。通过合理设计基座结构和控制系统,可有效控制船舶主机传递到船底结构的振动,以满足更高的减振要求。首先介绍船舶主机引起振动的机理和振动分析方法,详细综述船舶主机基座结构、被动控制系统和主动控制系统的减振机理和优化研究成果,并对未来的研究进行一定的展望,为船舶主机基座系统的减振设计提供有益的参考。

嵌入式轨道系统振动传递研究

[目的]嵌入式轨道的阻尼较大,有较好的减振降噪性能,因此有必要对嵌入式轨道的减振降噪机理进行研究。[方法]以广州地铁14号线为例,对嵌入式轨道系统与普通扣件式轨道系统进行了静态与动态的振动测试;基于现场测试的轨道结构频响函数及纵向衰减率,分析嵌入式轨道系统的减振特性。[结果及结论]嵌入式轨道系统在垂向减振中存在着明显的工作频段;嵌入式轨道在绝大多数频段中的振动加速度幅值均小于普通扣件式轨道的振动加速度幅值;当振动频率为550~1200 Hz时,嵌入式轨道的高分子阻尼材料与弹性垫板的减振体系在该频段具有良好的吸振能力;嵌入式轨道与调频式钢轨阻尼器一样存在固定的调整频段,其调整频带范围在振动频率为400 Hz附近;相比于离散支承的轨道结构形式,连续支承的轨道结构形式在振动频率大于750 Hz频段的钢轨振动衰减率更优。

随机参激下Duffing-Rayleigh碰撞振动系统的P-分岔分析

基于等效非线性系统方法和突变理论,分析了随机参激下Duffing-Rayleigh碰撞振动系统的P-分岔.首先,借助非光滑变换和狄拉克函数将原碰撞振动系统转化为一个不含速度跳的新系统;接着,利用等效非线性系统方法得到了系统的稳态概率密度函数;然后,应用突变理论,得到了随机P-分岔发生的临界参数条件的解析表达式.最后,通过典型概率密度函数曲线和图像验证了结果的正确性.

车轮扁疤激励下高铁轴箱系统振动特性研究

以某型高速列车轮对和轴箱轴承为研究对象,构建包含轮对轴箱轴承的车辆-轨道耦合动力学模型,研究在京津线轨道不平顺激扰及车轮扁疤激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。结果表明:当车轮出现扁疤缺陷时会引起轴箱在垂向和横向的高频振动;随着车轮扁疤长度的增加,轴箱轴承滚子与外圈接触载荷高频段所占成分逐渐增加,引起轴承滚子与外圈的中高频激振,加速轴承的疲劳破坏;扁疤长度超过30 mm时,0号滚道区域的接触载荷变化较大,扁疤长度50 mm处轴箱轴承滚子与外圈接触载荷均值与扁疤长度10 mm处滚子与外圈接触载荷均值的最大值相比增加了33.38%;当列车运行速度在250 km/h左右时,车轮扁疤长度安全阈应限制在30 mm以内,尽量降低车轮较长扁疤引起的轮轨结构高频振动。