外激励作用下亚音速二维粘弹性壁板系统的混沌运动

为了研究壁板在亚音速气流和外激扰联合作用下的非线性运动特性,基于Hamilton原理,建立了外激励作用下亚音速粘弹性壁板的非线性运动方程,并采用Galerkin方法将其离散为常微分方程组,研究了系统的平衡点及其稳定性.利用Melnikov方法得到了壁板出现混沌运动时系统参数所满足的临界条件,分析了外激励幅值、频率及气流来流速度之间的临界关系,并与系统混沌运动的数值模拟结果进行了对比.结果表明:当无量纲动压值超过64.42时,壁板系统平衡点的个数及其稳定性均会发生改变;使用Melnikov方法确定的混沌运动临界参数与数值模拟结果相符,该方法可用于判定混沌运动是否发生.      

截锥壳驻波颤振极限环研究

为研究大挠度非线性位移-应变条件下,截锥壳非线性颤振响应特性,基于活塞理论的气动力法,建立了超音速截锥壳非线性气动弹性运动方程.采用微分求积法对方程进行离散化变换,在驻波颤振假设下,用低阶固有模态缩减自由度数,模拟驻波颤振极限环幅值及随气动参数的变化过程.结果表明:前6阶模态下缩减自由度数,可获得较为精确的解;当气动压力参数增大至7 312时,系统经过Hopf分叉后进入极限环运动.     

结构非线性机翼的超音速和高超音速颤振

为探讨超音速、高超音速流中二元机翼的气动弹性特性,基于活塞理论计算了作用在翼面上的气动力,运用能量方法建立了系统的运动微分方程,采用Hopf分叉理论确定了系统的临界颤振速度,并考查了系统参数对临界颤振速度的影响;采用等效线性化和数值积分法研究了具有立方非线性刚度系统的极限环响应,二者结果一致.结果表明,在一定的(无量纲)速度范围内(9.48相似文献   

大跨度桥梁颤振后状态气动稳定性

为了能对大跨度桥梁颤振后主梁的运动形式给出合理解释,选取大振幅下流线型箱梁断面的4种典型非线性气动力工况,基于非线性气动力和非线性振动微分方程,应用四阶龙格-库塔算法,分析了大跨度桥梁主梁在大振幅条件下的气动稳定性. 结果表明:大跨度桥梁主梁在颤振后的不同振幅和折算风速条件下可出现不同的运动形式;若气动力仅做负功或负功显著大于正功,主梁振动将收敛;若气动力仅做正功或正功显著大于负功,主梁振动将发散;若气动力做的正负功相当,主梁振动将由于结构阻尼缓慢收敛;若气动力正功与相同周期内结构消耗的能量相等,主梁将发生等幅振动;若不考虑气动力的非线性项,桥梁振动可能发散.      

曲线纤维变刚度壁板的亚音速气弹稳定性研究

针对曲线纤维变刚度复合材料层合板在高速列车壁板结构轻量化设计中的广阔应用前景,研究了弹性、黏弹性变刚度复合壁板在亚音速流场中的气动弹性稳定性问题. 首先,基于Mindlin厚板理论和势流流动理论分别描述壁板结构变形和亚音速气动力,根据虚功原理和有限元法建立了曲线纤维变刚度复合材料弹性/黏弹性壁板的气动弹性稳定性分析模型,进而采用复模态理论求解复合材料变刚度壁板发散临界速度;在验证方法正确性和收敛性的基础上,研究了壁板关键参数等对复合变刚度壁板发散失稳特性的影响规律. 研究结果表明:与直线纤维壁板相比,通过调整曲线纤维路径可以实现壁板的发散临界速度50%左右的提升,有效增强壁板气动弹性稳定性.      

两自由度弹性碰撞系统的颤振运动及转迁规律

以一类两自由度含间隙弹性碰撞系统为研究对象,建立了弹性碰撞系统的力学模型,利用Runge-Kutta数值模拟算法,分析了系统在低频下单周期多碰撞周期运动及颤振运动特性,并揭示了p/1周期运动的saddle-node分岔和Grazing分岔.研究结果表明:随着激振频率的递减,p/1运动的碰撞次数p因Grazing分岔而逐一增加;随着激振频率的增加,p/1运动的碰撞次数p因saddle-node分岔而逐一减少;p/1和(p+1)/1周期运动间存在saddle-node分岔和Grazing分岔的频率迟滞和吸引子共存现象.在低频工况下,p/1运动的碰撞次数p足够大时,系统呈现出颤振特性,得出了系统由1/1周期运动到颤振的转迁规律.     

带滞变支撑悬臂输流管的稳定性

为了研究带滞变支撑输流管的非线性动力特性,基于Hamilton原理将滞变支撑的虚功引入管道的能量方程,导出了该系统的动力学方程,编制了相应的数值计算程序,研究了输流管的复杂动力响应及滞变特性参数对系统动力特性的影响.结果表明:带滞变支撑的悬臂输流管表现出极其复杂的动力学行为,当无量纲流速相继达到9.5、14.6、15.5与17.2时,结构响应将分别呈现屈曲、颤振、混沌以及跳跃现象;支撑的耗能特性越强,系统的复杂响应参数范围越宽.     

考虑油膜力-碰摩力耦合的双盘转子系统动力学行为

考虑非线性油膜力-碰摩力耦合的双盘转子-轴承系统动力学模型.采用四阶Runge-Kutta法对该系统进行数值求解,结合相图、poincaré映射图、分岔图、最大碰摩力图,着重分析了转速和润滑油粘度的变化对系统响应及稳定性的影响.结果表明:不同转速下系统会出现多周期、概周期、混沌等复杂动力学行为.在低转速下,系统经历Hopf分岔进入概周期运动;中速阶段,系统会产生阵发性混沌运动,并历经逆倍周期分岔及Neimark-Sacker分岔进入概周期运动.润滑油粘度的增大,能够提高系统的稳定性,降低转子与定子间的最大碰摩力,使阵发性混沌区域逐渐后移且缩小.     

含间隙运动副模型的机械动力学分析

建立了一类基于"接触-分离"两状态的含间隙运动副动力学模型,得出了正弦激励下柔性构件不同运动状态下的运动微分方程,给出了运动副接触与分离的判定条件,推导了系统Poincaré映射的线性化矩阵.数值模拟研究表明:柔性杆件振幅跳跃处会出现两种稳态响应,发生鞍结分岔;系统在通向混沌的道路上会出现叉式分岔和倍化分岔,倍化分岔序列因擦边分岔的出现而间断,最终通过Feigenbaum倍周期序列通向混沌;在低频区系统通向颤振的过程中,出现擦边分岔,当振动次数足够大时,系统出现颤振现象.     

水轮发电机组轴系松动-碰摩耦合故障的动态响应

为研究非线性因素引起水轮发电机组轴承松动和转子碰摩故障,考虑定子与基础间的连接刚度和阻尼,建立了轴承松动与转子碰摩耦合故障下,具有6自由度的水轮发电机组轴系动力学模型.通过分岔图、Poincaré映射图和幅值谱图,分析了机组轴系随转频比和转子质量偏心变化的非线性动态响应.研究表明:机组转子和松动轴承有周期1运动、周期3运动及复杂的拟周期运动;在1/3倍频处存在幅值较大的低频谐波分量;随着转子质量偏心的增大,转子与定子间发生碰摩的区域不断增大,其动力学响应趋于复杂.     

不同攻角下扁平箱梁颤振机理

静风效应产生的附加风攻角对大跨度桥梁的颤振性能有着重要的影响,因此研究不同风攻角下主梁的颤振机理有重要意义.以扁平箱梁为研究对象,基于不同攻角下的颤振导数,采用双模态耦合解法掌握了颤振性能,继而通过分析气动阻尼、相位差和气动力幅值的变化研究了颤振机理.研究结果表明:在0°和3°攻角下,非耦合气动力为扁平箱梁断面提供了较大的正阻尼,颤振临界风速较高;在5°攻角下,非耦合气动力产生的正阻尼显著减小,使得耦合气动力产生的负阻尼迅速增加,导致颤振临界风速显著降低;耦合运动相位角增大是大攻角下气动负阻尼增加的主要原因,耦合气动力振幅则对颤振风速没有影响;此颤振机理表明大攻角下扁平箱梁颤振性能的弱化是由耦合效应增大引起,而非扭转运动产生的气动负阻尼引起.      

颤振临界风速计算值与试验值的一致性

为了准确把握扁平箱梁的颤振性能,采用节段模型风洞试验和颤振计算相结合的方法,研究了扁平箱梁断面在不同风攻角下颤振临界风速计算值与试验值的一致性.首先通过强迫振动风洞试验获得了某箱梁断面模型颤振导数;然后通过耦合颤振闭合解法获得了不同动力参数条件下的颤振临界风速;最后通过弹簧悬挂节段模型风洞试验测试获得了相同参数条件下的颤振临界风速.计算值和试验值对比结果表明:在0°攻角下扁平箱梁模型颤振临界风速的计算值与试验值保持一致,6种工况下两者差异分别为0.12%、0.50%、4.90%、4.10%、4.84%和1.43%;当风攻角为3°和5°时,颤振临界风速的计算值与试验值较难保持一致,最大差异值可到10.4%;通过对比颤振因子在计算和试验条件下的离散性,在排除非线性气动力和结构阻尼的影响后,推测造成此差异的原因是耦合颤振运动中相位角的变化引起了颤振导数的变化.      

山区桁架梁悬索桥颤振稳定性气动优化研究

为研究山区峡谷大跨度钢桁梁悬索桥的颤振稳定性及其气动性能优化措施,以某大跨度钢桁架梁悬索桥为工程背景,通过有限元计算分析及主梁节段模型风洞试验,研究其主梁颤振稳定性能.针对大桥颤振临界风速低于颤振检验风速,设计并试验对比了封闭桥面板中央开槽、中央上稳定板和中央下稳定板三种气动优化方案.试验结果表明,采用格栅板封闭桥面板中央开槽并设置中央下稳定板能有效提高大桥的颤振稳定性.     

非线性弹性地基上四边自由矩形薄板的分岔与混沌运动分析

研究了非线性地基上矩形薄板的分岔与混沌运动．运用Hamiltion能量变分原理,建立了非线性弹性地基上四边自由矩形薄板的非线性振动方程．应用分离变量法和Galerkin法对方程进行求解,得到仅以gr（r）为未知函数的Mathieu--Duffing型非线性参数振动方程．在数值分析中,分别对该方程取某一连续变化的参数为变量进行分析,分别作出系统运动的分岔图以及进入混沌运动的庞加莱映射图、相平面轨迹图和时间历程曲线波形图,以揭示地基板系统进入分岔与混沌运动的规律．     

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明:该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.      

小垂度粘弹性索动力稳定性

基于Revlon材料本构定律及索的运动方程导出了用模态坐标表示的受周期轴力的粘弹性索系统方程。使用分离变量法得到用模态坐标表示的线性周期系数常微分方程,给出了粘弹性索在周期轴力下的动力稳定性条件。数值结果给出了索在不同垂度比下的稳定域与不稳定域。     

近断层地震作用下大跨CFST拱桥的动力稳定性

为研究大跨度CFST(钢管混凝土)拱桥在近断层地震作用下的动力稳定性能,以主跨132 m的下承式钢管混凝土拱桥为工程背景,以台湾集集地震记录作为横向输入,采用动态增量分析(IDA)方法,对动力失稳临界荷载的确定进行了探讨.为提高IDA的分析效率,采用了高性能数值计算并行处理方法.此外,还讨论了加强IDA曲线簇收敛的问题.结果表明:脉冲型近震可导致非线性极值动力失稳,失稳临界荷载明显降低;采用加权平均加速度峰值作为地震强度指标,能显著改善IDA曲线簇的离散性,有利于揭示近断层地震对钢管混凝土拱桥造成动力失稳的特点.     

二维薄板在超音速气流作用下的热弹性颤振

根据von-Karman几何非线性应变位移关系建立了二维薄板在超音速气流作用下的非线性动力学模型,其中气动力根据一阶准静态活塞理论计算.用假设模态法和伽辽金方法使方程离散化,然后用Runge-Kutta方法计算.分析结果用分叉图和相图描述.结果表明,温度效应降低了板的稳定性;随动压增大,系统经历稳定运动、周期运动和混沌运动状态.