Alford力作用下计及叶片振动的转子-轴承系统动力学特性分析

为了分析非线性耦合因素与叶片振动对转子-轴承系统动力学特性影响,文章将叶片模化为悬臂梁结构并利用假设模态法离散简化,建立了阿尔福德(Alford)力作用下计及叶片弯曲振动的系统动力学模型。采用Runge-Kutta法对非线性振动微分方程进行数值求解,通过系统响应的分岔图、时间历程图与频谱图、轴心轨迹图、Poincaré映射图和相图研究了叶片弯曲变形以及Alford力对系统的非线性动力学行为的影响。结果表明:叶片振动使系统的不稳定区域提前,转子发生混沌运动的转速范围增大;叶尖气隙引起的Alford力使系统的运动状态变得更为复杂,油膜非线性更加明显。     

用谐波小波变换法研究船舶横摇的非线性动力特性

本文探索了一种用小波分析的方法来研究船舶非线性横摇系统的运动.对于非线性非自治系统的响应主要有周期、准周期和混沌几种状态.而在系统参数变化时,又由周期分叉形成了准周期和混沌.因此,需要对周期解做更多的研究.当系统响应是周期的,通过小波变换,可以得到一些不同频率的谐波,这些谐波与谐波平衡法得到的解非常相似,因此也就可以作为系统的近似解.如果系统响应是混沌的,通过小波变换,始终都得不到周期的信号,这一点明显区别于周期运动.也就是说通过小波变换这种方法,可以明显地区别出混沌和周期.     

滑动轴承—行星齿轮耦合系统非线性动力学特性研究

文章在综合考虑了滑动轴承非线性油膜力以及行星轮系齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了滑动轴承-行星齿轮耦合系统的非线性动力学模型。通过数值仿真的手段初步研究了滑动轴承—行星齿轮耦合系统的非线性动力学特性,结果发现,滑动轴承非线性油膜力可以对行星齿轮系中各活动构件的啮频振动起到镇定作用,也可以导致系统各齿轮副动态啮合力的波动失去周期规律;输入轴转速的变化能够导致轴承力的振动形态在周期运动与混沌之间分岔;轴承间隙对行星齿轮传动系统各齿轮副啮合状态的影响规律是一个非常复杂的非线性映射,间隙值选择不当可能引起行星轮系齿轮副的单边冲击现象。     

功率分流行星齿轮传动系统动态特性

综合考虑系统时变啮合刚度、综合啮合误差、啮合阻尼系数及轴承支承刚度等因素,建立功率分流行星齿轮传动系统动力学模型,应用数值方法对系统动力学微分方程组进行求解。并应用时域响应、相平面图、庞加莱映射图以及分岔图等分析方法,对系统进行动态特性分析。研究行星传动系统在参数变化时的系统动态特性,得到传动系统混沌运动的规律。     

水下超空泡航行体的多稳态运动

超空泡技术可以大幅提高水下航行体的速度,但在实验中往往受入水状态的影响而运动失稳,针对该问题本文研究航行体的多稳态运动.基于动力学行为分布图和相轨迹图判定了航行体系统具有稳定运动、周期振荡、非周期混沌振荡3种稳态运动,以及稳定运动与周期运动共存、周期运动与混沌运动共存2种多稳态运动现象.并采用仿真工具验证了航行体的多稳...     

双层非线性隔振系统混沌特性分析

以双层非线性隔振系统为对象,建立两自由度非线性隔振系统的动力学模型,研究在不同激励条件下的动力学特性和隔振效果。分析激励幅值一定的条件下系统响应随激励频率的全局分岔变化规律及其非线性动力学特征,采用优势频率处的能量衰减评估隔振系统对强线谱的隔离效果。计算结果表明,处于混沌状态时优势频率处的线谱强度降低了25.9 d B,验证混沌隔振方法能有效降低结构噪声中的线谱成分。     

船用气囊隔振系统的非线性动力学特性

气囊隔振系统通常被广泛应用于对舰船或潜艇上的大型旋转机械实施隔振控制。然而,船舶在航行时,隔振系统有时会产生过大的位移,会呈现出一些非线性动力学现象。文中以带间隙的线性弹簧限位器的隔振系统为研究对象,考虑了垂直和偏转两个方向的运动,基于分析力学的相关理论建立了具有旋转偏心质量的气囊隔振系统非线性动力学模型,并且采用数值方法重点分析了该系统的非线性动力学行为以及参数变化对系统动力学特性的影响。结果显示在低转速时,系统呈现出准周期运动特性;随着转速的增大,系统运动中出现混沌、周期3、5、7及准周期运动等一系列的非线性动力学现象。     

非线性船舶摇摆与倾覆的复杂动力学行为分析

针对船舶非线性摇摆与倾覆动力学行为的复杂特性,提出一种能更好预测、避免倾覆事件发生的非线性横摇运动系统。以船舶在规则波中的线性横摇运动方程为基础,根据阻尼、恢复力矩等非线性因素,结合时滞因素,得到改进的时滞条件下的非线性横摇运动系统,改进传统线性系统在模拟船舶摇摆问题中精度不够的缺陷,构建了一种复杂非线性动力系统的新模式。计算结果表明,该方法能够得到稳定态或混沌态的相关参数,并发现了阻尼、振幅以及延迟等参数影响下运动状态的改变规律,为复杂优化问题的求解提供了有效手段。     

双层非线性隔振系统混沌特性分析

以双层非线性隔振系统为对象，建立两自由度非线性隔振系统的动力学模型，研究在不同激励条件下的动力学特性和隔振效果。分析激励幅值一定的条件下系统响应随激励频率的全局分岔变化规律及其非线性动力学特征，采用优势频率处的能量衰减评估隔振系统对强线谱的隔离效果。计算结果表明，处于混沌状态时优势频率处的线谱强度降低了25.9 dB，验证混沌隔振方法能有效降低结构噪声中的线谱成分。     

船用电流控制型Buck-boost变换器分岔行为分析

由于船舶电力系统特殊的工作环境,使船用的DC/DC变换器会随着电路参数的变化,产生分岔行为,并使船舶电力系统进入不稳定的工作状态,甚至造成故障。为了分析船用电流控制型的Buck-boost变换器分岔行为,首先推导了一种描述船用Buck-boost变换器的分岔行为演化过程的非线性映射模型,然后采用雅可比矩阵法来确定Buck-boost变换器的分岔点,最后通过不同分岔参数仿真实验验证了本文的推导模型。     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明：超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

船舶推进轴系纵横耦合非线性动力学分析—叶频激励下横向主共振响应

在考虑Von Karman非线性位移—应变关系下,基于Hamilton变分原理建立了船舶推进轴系纵横耦合非线性动力学方程。利用Galerkin方法,导出系统第一阶模态振动微分方程,采用多尺度法求解该方程。获得了叶频激励下横向主共振响应方程组,利用伪弧长延拓法数值求解了该方程组的平衡解并分析了其稳定性。探讨了支承刚度、激励载荷、螺旋桨质量、阻尼比以及细长比对轴系纵横耦合效应的影响。研究表明:细长比越小,激励载荷越大,阻尼比越小,系统纵横耦合效应越强;增加后艉轴承刚度可以抑制纵横耦合效应,增加前艉轴承以及推力轴承刚度则增强纵横耦合效应,而中间轴承对其没有明显影响;与线性模型相比,纵横耦合效应使轴系横向共振时的频率大于其线性固有频率,在某些激励频率处,幅频响应曲线上存在多解使幅值出现跳跃现象。分析结果对船舶推进轴系的设计有指导意义。     

径向可倾瓦轴承动特性特征参数影响研究

旋转设备的振动激励通过轴系传到结构上,轴承既是引起轴系振动的主要激振力之一,又是轴系到结构的关键传递途径,轴承的支承刚度、阻尼特性等与轴承本身的结构尺寸密切相关。本文根据旋转设备轴系的结构特点,研究分析径向可倾瓦滑动轴承在特征结构参数变化下的主要动态性能。研究发现,轴承的特征参数将影响到轴承工作时的油膜刚度、阻尼系数,在诸多轴承特征参数中,轴承间隙对径向可倾瓦轴承动态性能的影响最为显著,轴承间隙增大将使轴承的刚度阻尼系数同时减小。轴承特征参数对轴承动特性的影响规律研究为旋转机械的轴承转子系统设计提供了理论基础。     

Roll-induced bifurcation in ship maneuvering under model uncertainty

In this paper, a mathematical model is developed for the maneuvering motion of a naval ship and bifurcations of its equilibrium are identified in roll-coupled motion. The subject ship is a high-speed surface combatant with twin-propeller twin-rudder system. Captive model tests are conducted for the ship using planar motion mechanism. Maneuvering coefficients are calculated by polynomial curve fitting of the test data. Uncertainty distribution in the coefficients is assumed same as that of the curve fitting errors. Uncertainty in the model coefficients is propagated to full-scale simulation results by the stochastic response surface method (SRSM). This method is computationally efficient as compared to standard Monte Carlo simulation technique. The SRSM uses polynomial chaos expansion of orthogonal to fit any probability distribution. Bifurcation analysis of the mathematical model is performed by varying the vertical center of gravity as the bifurcation parameter. Hopf bifurcation is identified. It is found that the bifurcations occur due to the coupling of roll motion with sway, yaw motion and rudder angle. In the presence of wind, roll angle response in bifurcation diagram is discussed.     

船舶桨-轴系统弯扭耦合振动特性

船舶桨-轴系统在运转过程中经常出现异常振动和噪声,影响着系统运转的稳定性,威胁着水下航行器的隐蔽性和安全性。为有效解决该问题,以大型船舶桨-轴系统为研究对象,基于Timoshenko梁-轴单元建立系统在螺旋桨质量偏心作用下的弯扭耦合模型。对桨-轴系统的瞬态响应进行分析,得到外激励力和旋转频率对桨-轴系统弯曲振动和扭转振动响应特性的影响规律,为提高船舶桨-轴系统的稳定性和故障诊断提供理论依据。     

Numerical prediction of the surf-riding threshold of a ship in stern quartering waves in the light of bifurcation theory

In order to develop design and operational criteria to be used at the International Maritime Organization (IMO), critical conditions for broaching are explored in the light of bifurcation analysis. Since surf-riding, which is a prerequisite to broaching, can be regarded as a heteroclinic bifurcation, one of global bifurcations, of a surge-sway-yaw-roll model in quartering waves, the relevant bifurcation condition is formulated with a rigorous mathematical background. Then an efficient numerical solution procedure suitable for tracing the surf-riding threshold hypersurface is presented with successful examples. This deals with all state and control variables in parallel, and excludes backward time integration and an orthogonal condition in the iteration process. The bifurcation conditions identified were compared with the results from a direct numerical simulation in the time domain. As a result, it was confirmed that the heteroclinic bifurcation provides a boundary between motions periodically overtaken by waves and nonperiodic motions such as surf-riding and broaching.     

Nonlinear dynamics of a submerged floating moored structure by incremental harmonic balance method with FFT

A submerged floating moored structure has a great potential in ocean engineering applications. The nonlinear dynamics of a submerged floating moored structure subjected to vertical excitation with possible slackness in the mooing system are investigated by incremental harmonic balance (IHB) method. Heaviside step function is introduced to describe the nonlinearity in axial stiffness arising from loss of mooring tension. The dimensionless governing equation is derived, and three parameters, frequency ratio η, damping ratio ζ and dimensionless net buoyancy W, are found to be independent. Due to the fact that the restoring force term is function of the unknown displacement and could barely be expressed in an explicit form of time, a fast Fourier transformation (FFT) is implemented in IHB method to simplify the Galerkin average procedure. Both stable and unstable solutions and both period-1 and bifurcated solutions are obtained by IHB method. The stability of the periodic solutions is investigated by Floquet theory. Parameter study is carried out. Results indicate that the system nonlinearity becomes stronger as dimensionless the net buoyancy W and damping ratio ζ decrease. A path to chaotic motions though a series of period doubling bifurcations is found. Multiple solutions are observed, and the domains of attraction are investigated by interpolated cell mapping (ICM) technique.     

复杂轴承支撑结构动力学特性的有限元方法研究

复杂轴承支撑结构由多个子结构组合而成,从而形成多个接触面.研究表明,这些接触面的存在对结构的动力学特性有着显著地影响,其对振动信号的衰减与反射是振动信号提取过程中的一个难题.针对这个问题,建立轴承支撑结构的有限元模型,利用Ansys Workbench对结构进行模态计算和传递函数的计算,采用与整体结构对比研究的方法,考虑螺栓预紧力的变化对结构振动特性的影响,分析结构受冲击载荷激励时响应的特点.结果表明,随预紧力的增大,各阶模态呈增大趋势,螺栓结构对高频信号的衰减作用更加明显,轴承故障信号在复杂传递路径中难以有效的传递.     

系泊多体海上平台非线性动力特性研究

海上浮式平台通常由多个大型浮体模块柔性连接,组成一个典型的刚柔流耦合的多振子网络系统。本文从网络动力学角度研究多体浮式海上平台,通过龙格库塔法求解海上浮式平台运动微分方程,得到海洋平台运动响应随连接件刚度变化情况。数值结果表明,连接件刚度变化使得多体海上浮式平台表现出丰富的非线性动力特性现象,例如幅值跳跃、分岔、混沌等现象。为进一步揭示非线性浮式平台的集体动力学行为,作出浮块在各响应阶段对应的时域图和相图比较。本文得到的初步研究结果及研究方法,可为大型海上浮体结构初步设计提供理论参考。