Chaotic oscillations in a piecewise linear spring-mass system

Chaotic oscillations are useful in assessing the health of a structure. Hence, simple chaotic systems which can easily be realized mechanically or electro-mechanically are highly desired. We study a new pieeewise linear spring-tnass system. The chaotic behaviour in this system is characterized using bifurcation diagrams and the invariant parameters of the dynamics. We also show that there exists a stochastic analogue of this system, which mimics the dynamical features of its deterministic counterpart. This allows a greater flexibility in practical designs as the chaotic oscillations are obtained either deterministically or stochastically. Also, the oscillations are low dimensional, which reduces the computational resources needed for obtaining the invariant parameters of this system.

航空用线位移传感器设计及典型故障模式分析

针对当前航空飞机对线位移传感器应用场景的要求,提出一种集成电气信号和机械指示功能的复合式线位移传感器,并对其中的涡卷弹簧设计原理和电气信号设计原理进行描述,采用理论分析和仿真建模的方式得到最佳的线位移传感器设计方案。另一方面,列举线位移传感器在地面试验和飞行试验过程中遇到的2个典型故障问题,分别是低温试验下钢绳无法回缩的故障和电阻信号跳变的故障,并从故障概述、故障树分析、机理分析和故障解决4个方面进行分析,找到故障原因并提出解决办法。该文所使用的故障分析方法和故障原因对同类型的航空类产品设计提供参考意义,提高设计质量。

垂直弹射系统中缓冲及反后坐效应的建模方法

针对垂直弹射过程中,由缓冲以及弹射后坐引发的对发射性能与阵地产生的负面影响问题,从缓冲吸能角度,提出按缓冲器的塑性应变能-压缩量关系曲线拟合并求导解算缓冲力-压缩量关系模型的方法,有效规避了缓冲力波动所造成的拟合漂移问题,并据此构造了模拟缓冲器的线弹性-塑性弹簧模型;依据弹射试验数据,反演了反后坐效应的动态数据,据此构造了模拟反后坐效应的非线性粘弹性-塑性弹簧模型;通过力元、状态变量及牛顿迭代法的有机结合,在动力学模型中实现了上述二模型的高效解算。仿真结果表明:两模型计算稳定高效且缓冲特性与有限元仿真结果高度吻合、反后坐效应和试验数据符合良好,这验证了数据处理方法的有效性和建模方法的可信性,为后续含缓冲和反后坐效应的弹射动力学仿真提供了一种稳定而又可信的建模思路。

某商用车钢板弹簧失效分析与结构优化

为解决某商用车钢板弹簧断裂问题,分别从板簧材质、成型工艺、结构设计强度多方面进行失效分析,考虑不同工况场景的载荷特点,建立板簧的非线性仿真模型。根据整车冲击工况加载标准,提取各工况下的板簧应力。建立板簧总成的详细模型,以提取的板簧应力为载荷,考察板簧及桥壳底板的可靠性,从而确定薄弱部位与断裂原因。以主簧的簧片厚度为设计变量,以板簧的结构应力为约束条件,以总质量最小为约束目标,对板簧进行尺寸优化,寻找满足应力要求的簧片最小厚度。对优化后的主、副簧进行疲劳耐久试验,验证仿真结果的准确性。

煤矿直线振动筛减振弹簧失效性能研究

为深入探究煤矿直线振动筛中减振弹簧的失效问题,研究人员基于有限元分析的方法,对减振弹簧在日常筛分情况下的运行状态进行仿真分析研究,初步确定了引起减振弹簧失效的主要原因,并通过实际对比确定了仿真结果的可靠性,以期为今后的减振弹簧优化设计工作提供依据参考。

粗规格60Si2Mn弹簧钢丝的预冷淬火

为了降低水淬开裂倾向,采用钢丝感应淬火-回火生产线对ϕ6.8 mm的60Si2Mn弹簧钢丝进行了910℃保温3 s,随后通过控制其线速度冷却至不同温度后水淬和520℃回火。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸试验机和显微硬度计研究了淬火、回火后钢丝的显微组织、硬度和拉伸性能。结果表明:线速度为5 m/min时,钢丝的冷却时间为40.0 s,淬火、回火后其显微组织为珠光体、铁素体和少量回火托氏体;线速度为15~20 m/min时,冷却时间为13.3~10.0 s,淬火、回火后钢丝的显微组织为回火托氏体和少量残留奥氏体;随着线速度的降低,钢丝的冷却时间延长,淬火温度降低,抗拉强度从1 715 MPa降至1 318 MPa,硬度从526~532 HV0.1降至364~425 HV0.1。

基于线性回归模型的春运客运量预测研究——以重庆为例

春运期间营业性客运量是旅客活跃程度的重要指标,合理预测春运期间营业性客运量为行业管理部门运力场站储备、应急调度工作提供重要依据。以重庆市春运期间为例,基于分析2014—2023年各方式客运量与春运期间各方式营业性客运量,构建基于线性回归理论的春运期间营业性客运量预测模型,并通过相关系数检验,得知春运期间各方式营业性客运量与上一年全年各方式客运量存在明显线形相关,并以2024年重庆春运期间营业性客运量进行验算,证明模型测算结果较为准确,为以后春运期间营业性客运量预测提供理论依据。

非线性弹簧汽车悬架动态特性研究

详细研究了非线性弹簧汽车悬架系统的动态特性。用变刚度弹簧代替定常刚度弹簧可明显改善车辆的乘坐舒适性 ,提高悬架系统的性能价格比。为反映实车工况 ,着重讨论了在随机路面激励下变刚度弹簧悬架簧载质量的动态响应特性。数值仿真研究结果表明 ,在悬架系统中选用合适的变刚度弹簧能有效改善乘坐舒适性。由于非线性弹簧悬架没有固有频率 ,因此避免了在外界激励下发生共振的危险。同时由于在较大变形下悬架“变硬” 。

汽车非线性悬架动态特性研究

文中详细研究了非线性弹簧汽车悬架系统的动态特性。主要从理论上分析了用变刚度弹簧代替定常刚度弹簧后悬架的动态特性，探讨了用小参数摄动法研究分析非线性系统响应特性的有效性；同时将结果与数值仿真研究结果进行了比较。研究结果表明，用小参数摄动法可以得到系统周期激励下响应的近似解析解，为分析悬架系统动态特性提供了一个有效的方法，同时也为悬架设计提供了理论依据。

基于非结构嵌套网格的旋翼前飞流场计算

发展了一种基于线性弹簧理论的非结构动态嵌套网格方法,通过求解非定常Eu ler方程模拟了旋翼的前飞流场。根据距离参数快速生成便于计算的两个重叠网格子域,利用运动区子域网格的转动来模拟旋翼的旋转运动,并对其运用线性弹簧动态网格技术来处理旋翼的挥舞和变距运动。发展了一种快速查找插值贡献单元的方法,无需建立Inverse网格,提高了计算效率和精度。使用高效双时间方法分区求解非定常Eu ler方程,两个子域的流场参数在重叠区进行耦合。计算了旋翼的两种前飞状态,所得结果与实验和文献结果都很吻合。

基于非结构运动对接网格的旋翼前飞流场数值模拟

发展了一种基于线性弹簧理论的非结构运动对接网格方法,通过求解非定常Euler方程模拟了旋翼的前飞流场。利用运动区网格的转动模拟旋翼的旋转运动,并运用线性弹簧动态网格技术处理旋翼的挥舞和变距运动,方程求解中采用一种精度较高的插值和重构方法。算例表明,本文的方法能够有效地模拟旋翼的前飞流场。

直线柔性连接两级倒立摆控制器设计

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模,采用LQR法设计最优控制器,进行了具体架构以及阐述了此系统设计的控制器在实际物理系统中的实现问题。所设计的控制器对此倒立摆系统成功实施了控制,既证明了系统建模的正确性,也是倒立摆控制中的一项重大突破。相关研究成果将在航天科技及机器人学等领域发挥重要作用。

一类非线性振动系统改进状态空间模型及其数值方法

导出了一类非线性振动系统的改进状态空间模型 ,提出了相应的数值计算方法 ,并利用迭代法有效地提高了计算精度。该数值方法与传统的Houbolt、Wilson θ、Newmark β法以及连续线性化模型及其Taylor变换法[3,4 ] 相比 ,具有更高的求解精度和效率。文末给出了非线性单摆、强迫Duffing方程、强迫VanDerPol方程以及两自由度非线性弹簧摆这几类典型非线性方程的数值计算结果 ,并与文献 [5～ 8]进行对比 ,进一步说明了该方法在计算精度和效率两方面的优越性。

桩土荷载传递的测试分析和模型研究

在滑动测微计测得３根桩的轴向应变的基础上，分析了桩的荷载传递性状。提出非线性弹簧片组合模型，对实测Ｐ－Ｓ曲线进行拟合．取得了较好的结果。

低功耗耐高压双向线性力马达静态力特性研究

针对电液伺服阀和比例阀电-机械转换器能耗较大的不足,研制了一种低功耗、耐高压双向线性力马达.该力马达基于永磁极化磁通与线圈控制磁通差动控制的工作原理,通过梯形极靴及凹槽等结构设计克服了位移-力特性的非线性,减小了非工作气隙,提高了电磁转换效率.通过建立有限元模型,仿真分析了该力马达在不同激励电流和位置下的磁场分布,探讨了该力马达的位移-力输出特性成因及特性。仿真结果与实验结果吻合,表明该力马达具有正磁弹簧刚度的位移-力特性、良好的线性度、较小的滞环和较低的功耗。

3种不同形式的板弹簧性能分析

板弹簧技术是航空航天用斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。大的板弹簧径向刚度为活塞提供支撑,以保证活塞在极小的间隙内实现与汽缸之间的无接触运动;板弹簧轴向刚度为活塞直线运动提供轴向的自由度,其轴向的最大行程受到板弹簧材料疲劳极限的限制;由于没有活塞环等密封元件,高低压之间的密封通过活塞与气缸之间的间隙密封来实现,这大大提高了活塞和气缸间的装配难度。本文针对3种常见的板弹簧:同心涡旋臂板弹簧、偏心涡旋臂板弹簧和直线臂板弹簧进行有限元分析。通过改变板弹簧载荷、厚度和弹簧臂宽度等参数,对3种型式的板弹簧分别进行加载求解,得到弹簧的应力和位移分布云图。通过模态分析得到板弹簧的自然频率,为有效避免板弹簧的谐振提供依据。分析表明:在基本结构参数相同的情况下,直线臂板弹簧可以提供较大的径向刚度与轴向刚度之比和较高的自然频率,有利于整机系统的轻量化。

空气弹簧模型研究

基于空气动力学、流体力学及工程热力学等理论建立一种包括节流孔、连接管路和各个气室的空气弹簧非线性动力学模型(TPL-ASN模型)。利用SIMPACK动力学仿真软件及自行编写的空气弹簧动态特性仿真软件ASDS分别建立包含等效模型、线性模型和TPL-ASN模型的1/4车动力学仿真模型,并对某高速动车组空气弹簧进行不同激励幅值和频率下的动态特性仿真分析,将仿真计算获得的动刚度、阻尼比和传递比与试验结果对比。结果表明,等效模型和线性模型的仿真结果与试验结果差别较大,不能准确反映动刚度、阻尼比和传递比的幅变特性和频变特性,而TPL-ASN模型仿真结果与试验结果吻合度较高,能准确地反映动刚度、阻尼比和传递比的幅变特性和频变特性,表明所建立的TPL-ASN模型能够准确地模拟空气弹簧真实的非线性特性。

组合线性弹簧振子中的非线性振动

从拉格朗日方程出发,分析了几种常见的线性弹簧组合,对作非线性振动弹簧振子进行了数值求解.当作微小振动时,正好是几种典型的非线性振动.通过计算得出解析解并与数值解进行了对比.

直线柔性连接两级倒立摆系统建模

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题,而实施有效控制的关键是对该系统进行建模。在对倒立摆系统进行了概要的介绍后,详述了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆建模。科研人员可基于此模型研发各种控制策略。

土工布加筋基础的沉降和土工布拉力

给出解土工布加筋基础非线性模型方程组的差分选代格式。讨论了夹有土工布的砂层的荷载传递和模型参数对加筋基础的沉降及土工布拉力的影响。