螺栓连接梁的非线性动力学响应分析

连接界面存在复杂的非线性行为和机理。连接部位是导致结构复杂非线性动力响应的关键所在。传统结构动力学分析中,通常忽略连接或采用线性化的方法来建模,造成无法分析和研究含连接结构的非线性动力行为的困难。文中在分析改进Iwan模型用于连接界面动态力学行为描述的基础上,将改进Iwan模型用于构造非线性连接元,该单元能够反映连接界面在不同载荷幅值下的复杂的粘着-滑动行为特征,能反映出幅变非线性阻尼的特征。进一步,应用该连接单元分析了螺栓连接梁的非线性动力学响应。结果表明,该连接单元能够反映出连接结构动力学响应的非线性特征,可方便地与现有有限元动力计算程序接合,用于含连接结构非线性动力学响应的分析。     

搭接连接系统的非线性振动分析

针对航空航天结构中典型的搭接连接系统,基于改进的Iwan迟滞非线性模型研究系统的非线性振动特性。采用谐波平衡法对系统稳态阶段响应求解,获得了系统的一阶谐波和三阶谐波近似解,并和数值积分解进行对比。分别研究了系统在谐波激励下的稳态解和瞬态解。结果表明,谐波平衡法获得的近似解与数值解吻合较好;谐波激励下系统的稳态响应具有软化非线性但不生跳跃的特点;瞬态响应中,等效系统固有频率随幅值降低而降低,响应信号中包含偶数倍高阶谐波分量。     

斜拉索在平面内的非线性固有振动特性分析

研究斜拉索在平面内的非线性固有振动特性。从考虑抗弯刚度和垂度影响的斜拉索在平面内发生横向振动的非线性自由振动方程出发,对斜拉索发生单模态振动进行了分析,将拉索运动微分方程简化为带平方项的Du ffing方程,用摄动法求取反映该平方项影响的近似解析解,然后通过求解派生系统的特征值问题来分析拉索模态之间的耦合作用对拉索非线性动力学性质的影响,并与单模态振动分析结果进行了对比和验证。最后结合工程实例讨论分析了斜拉索重量、抗弯刚度、拉伸刚度、张力和倾斜角度对其非线性固有振动特性的影响。     

隔振支承系统动力学试验与辨识

通过对聚氨酯泡沫塑料的动力学特性进行试验和理论研究，发现聚氨酯泡沫塑料在不同频率与不同振幅作用下其隔振力与位移呈现出典型的迟滞非线性，而且系统的动刚度是频率的非线性函数，与振幅基本无关；阻尼是振幅，速度，频率以及位移的非线性函数，在此基础上本文提出了描述隔振支承系统的动力学方程，并进行了参数辩识。计算与试验比较，吻合较好。     

计入静位移作用的粘弹阻尼器双线性迟滞模型

在传统的粘弹阻尼器双线性迟滞模型基础上,为了便于参数识别,将滑移迟滞恢复力等效成黏性阻尼力与分段线性弹性力的联合作用,引入指数衰减函数表征弹性力及阻尼力随激振幅值的变化规律,并导出了带静位移的粘弹阻尼器复模量计算模型。提出一种结合复模量及迟滞回线进行参数识别的方法,并通过实例验证了改进模型的准确性及参数识别法的有效性。分析了静位移对迟滞回线及复模量的影响,结果表明:静位移的变化使得迟滞回线沿弹性力曲线移动,并由于非线性刚度的影响,迟滞回线的形状也发生了变化;在模型采用奇次弹性力和线性黏性阻尼力的条件下,储能模量随着静位移的变化成偶次函数的趋势变化,而耗能模量则不受静位移的影响;静位移对储能模量和耗能模量的影响源于粘弹阻尼器刚度和阻尼关于位移的非线性特性。     

基于国际平整度指数IRI的飞机动载系数分析

为分析道面不平整引起的动载作用,研究了国际平整度指数(International roughness index,IRI)与道 面功率谱密度 (Power spectral density,PSD)的关系,并通过建立四分之一飞机振动模型,分析了飞机作用于道面上的动载特性,建立了基于概率的经空气动力修正后的动载系数分析模型,最后以某机型为例对动载系数影响因素进行讨论。结果表明：动载系数随速度增加呈先增大后减小的趋势;道面 平整度等级是影响飞机对道面动力作用的最关键因素;飞机重量与升力影响因子(Lift impact factor,LIF)呈非线性关系,因此动载系数随飞机重量的增加呈非线性变化;飞机高速滑行时动载系数随飞机重量变化的离散程度较大,此时随飞机重量增加,飞机对道面的动力作用增大;动载系数随机轮轮胎 刚度、机身缓冲系统阻尼及刚度的增加近似呈线性变化,机身缓冲系统阻尼增大,动载系数 则减小;机轮轮胎刚度及机身缓冲系统刚度增大,动载系数则增大。     

摩擦因数时变的节点外啮合齿轮系动力学分析

以外啮合节点后啮合单级齿轮传动系统为研究对象,建立了系统六自由度非线性动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变齿面摩擦、载荷在啮合区动态分配以及齿侧间隙的影响。采用能量法计算了时变啮合刚度。基于弹流润滑（Elasto hydrodynamic lubrication, EHL）理论计算了时变摩擦因数,与库伦摩擦模型进行了对比分析,得到了齿轮副非线性振动方程,同时采用数值方法求解了系统的动力学微分方程组,得到了系统的时域动态响应和相图,并分析了系统的动力学特性。     

空间大挠度梁的有限元动力学响应分析

从弹性梁的非线性应变位移关系出发,结合Hamilton变分原理推导出了作大挠度振动的空间梁的动力学有限元方程。方程中考虑了与变形相耦合的非线性惯性项。计算表明,作大挠度振动的悬臂梁的响应是由不同的谐波成分组成;在相同结构阻尼影响下,大挠度梁的稳态振幅比线性情况下的稳态振幅要低;非线性惯性项与弯扭耦合项对系统的动力学特性有比较明显的影响。     

超高/超声速轴向运动梁的模态频率特性

研究了高速轴向运动梁的横向振动特性.首先采用Hamilton原理得到了两端自由轴向运动梁的振动方程和边界条件.再运用伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程.最后研究了对梁的振动频率影响较大的3个方面:(1)轴向速度,第一阶固有频率随轴向速度增加而减小,存在一个失稳的临界速度;(2)质量亏损,梁的某部分质量亏损可以增加固有频率;(3)热效应,温度上升会减小梁的弹性模量,使得固有频率减小.     

全尺寸航天器振动台多维振动试验的天地一致性研究(下)

地面振动试验中的全尺寸航天器响应与在天上全箭振动时的航天器响应是否一致的问题,即振动试验的天地一致性问题。通常,航天器振动试验方法无法同时反映航天器在天上全箭振动时航天器和运载火箭(简称器箭)界面的加速度条件和器箭界面的安装边界条件,因而无法保证其实验结果的可靠性。对针对这一问题,于全尺寸航天器而言,如果让航天器和振动台(简称器台)界面的加速度等于在天上全箭振动时的器箭界面的加速度条件,就能同时自动满足航天器器台界面安装边界条件,由此就能求得全尺寸航天器在振动台振动试验中的解析解,精确等同在天上全箭振动中航天器振动响应。首先应用动态实验仿真技术,导出天上全箭振动响应模型及其解析解,包括:器箭界面的加速度条件和航天器内部加速度响应。然后让全尺寸航天器与振动台的界面加速度等于全箭振动中导出的器箭界面加速度条件,由此就能对全尺寸航天器振动台多维振动试验进行仿真,给出在振动台振动试验中全尺寸航天器响应的解析解结果,可以证明在振动台多维振动试验中全尺寸航天器响应的解析解等于在全箭振动中航天器响应的解析解。这一研究成果,为采用全尺寸航天器振动台多维振动试验方法来精确再现在天上全箭振动中航天器多维振动力学环境提供了完整的理论依据和实践指导。     

Effect of Friction on Dynamic Response of A Power Split Transmission System

The tooth surface friction stiffness and friction torque coefficient equations of cylindrical gear are derived.On the basis of factors such as time-varying friction coefficient and mesh stiffness,support stiffness,torsional stiffness and comprehensive error,the dynamic equations of the gear trains with bending-torsional coupling are established.Using the Fourier series method,the total response of the system is obtained,and the influence of friction on it is analyzed. The results show that when the spur gear enters the meshing,the frictional amplitude of the tooth surface is larger than that of the gear when it is withdrawn from engagement,and the meshing force fluctuates greatly. The frictional force and dynamic meshing force of the herringbone gear tooth surface are relatively stable,and the fluctuation amplitude is much smaller than that of the spur gear. The amplitude of the bearing vibration is not affected by the friction,but the friction has a certain influence on the bearing force of the output shaft. The first-order natural frequency of the split stage and the power confluence stage has a large influence on the vibration of the bearing force.In general,the natural frequency of the power confluence stage has a large proportion of influence.     

高速滚动轴承-转子系统的摩擦阻尼减振

为了抑制高速滚动轴承-转子系统在通过临界转速时的过大振动,本文采用了摩擦阻尼弹性支承结构.分析了该支承的减振机理和支承特性,设计了摩擦阻尼器,研究了其对转子系统不平衡响应的影响.结果表明,采用适当的机械结构,阻尼器的刚度因子和摩阻因子只与内环的锥角和接触面摩擦因数有关.通过改变这两个参数和外壳轴向刚度,可改变其刚度和阻尼特性.在转子系统支承中引入摩擦阻尼器能够降低支承刚度,从而降低系统的临界转速,避开工作转速.此外,还可增大支承阻尼,抑制临界振幅,减小系统的振动外传力.     

Dynamics Modeling and Numerical Analysis of Rotor with Elastic Support/Dry Friction Dampers

The elastic support/dry friction damper is a type of damper which is used for active vibration control in a rotor system.To establish the analytical model of this type of damper,a two-dimensional friction model-ball/plate model was proposed.By using this ball/plate model,a dynamics model of rotor with elastic support/dry friction dampers was established and experimentally verified.Moreover,the damping performance of the elastic support/dry friction damper was studied numerically with respect to some variable parameters.The numerical study shows that the damping performance of the elastic support/dry friction damper is closely related to the stiffness distribution of the rotor-support system,the damper location,the pressing force between the moving and stationary disk,the friction coefficient,the tangential contact stiffness of the contact interface,and the stiffness of the stationary disk.In general,the damper should be located on an elastic support which has a large vibration amplitude in order to achieve a better damping performance,and the more vibration energy in this elastic support concentrates,the better performance of the damper will be.The larger the tangential contact stiffness of the contact interface,and the stiffness of the stationary disk are,the better performance of the damper will be.There will be an optimal value of the friction force at which the damper performs best.     

用新的L-P法求解有正阻尼的强非线性振动问题

本文用新的改进L－P法，并补充考试了振幅的变化，求得了一类有阻尼的强非线性振动问题的近似解，精度好，计算简单。     

惯导减振系统结构参数的优化

利用随机振动理论,建立了惯导减振系统的集中参数分析模型。以各元件等效的质量、刚度和阻尼系数作为优化参数,以惯导系统的加速度均方值最小为优化目标,分别从解析与数值途径推导出惯导支架结构参数的优化计算公式,结合Lagrange乘子法和Powell算法对支架结构参数进行数值优化。数值算例说明了方法的正确性,为惯导系统结构减振优化设计提供了新思路。     

复杂布局机翼结构多约束优化设计

机翼结构需要同时满足强度、刚度、气弹和设备安装等要求,布置多个外挂设备的机翼结构设计约束更加复杂,传统方法难以得到最优方案。本文提出了通过约束机翼剖面弯曲刚度和扭转刚度来控制气动弹性的方法,研究了稳定性和位移敏度计算理论,结合工程准则法和数学规划法,搭建了适用于复杂布局机翼结构的多约束优化流程,以国产结构分析软件HAJIF为平台进行了程序实现,并结合工程机翼案例进行了方法验证。优化结果表明,本文方法能够以静力分析模型为基础,同时考虑强度、刚度和稳定性等多种约束形式,在有限计算机时内给出最优设计方案,具有一定的工程应用价值。     

任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲行为的解析解

给出了一种求解任意铺层复合材料加筋板屈曲/后屈曲问题的解析方法。首先将加筋板简化为受弹簧约束的层合板,而后通过构造位移函数,并利用伽辽金法得到了加筋板压缩、剪切和压剪载荷下的屈曲/后屈曲解析解。求解中引入了无量纲参数,使得结果更具一般性;在后屈曲行为中考虑了初始缺陷和由耦合刚度引起的前屈曲挠度,使得结果更加准确。通过与有限元结果的比较,讨论了几何参数、弹簧刚度等对解的影响。最后将该方法应用于T形加筋对称铺层复合材料加筋板的屈曲/后屈曲分析中,考虑T形筋对复合材料层板粘结区的刚度增强作用,采用刚度平均化方法引入增强效果,并与两种T形筋刚度简化模型以及有限元结果进行了比较,验证刚度平均化方法对计算加筋板屈曲/后屈曲行为的有效性。     

卫星过渡支架附加约束阻尼层减振效果验证

某型号卫星过渡支架、卫星支架及卫星在进行轴向方向振动试验时,在一阶共振频率33.67Hz时,经过卫星过渡支架加速度响应放大4.24倍,从而导致提供给卫星的界面振动条件过高。为了降低星箭界面振动量级,对卫星过渡支架采用增加约束阻尼层的方法进行减振。通过试验的方法对附加约束阻尼层减振效果进行了验证,试验结果表明随着振动量级增加约束阻尼层减振效果越明显,在0.15g输入条件下,星箭界面加速度响应减少15.1%~16.1%。对于过渡支架本身,应变响应减振效果比加速度响应减振效果更加明显。     

振幅对流线型箱梁自激气动力的影响

研究了强迫振动振幅对流线型箱梁断面自激气动力的影响。采用1:70的刚性节段模型开展了测压试验,获得了不同迎角的模型断面在不同振幅下的气动压力和分布,探讨了气动力特性。试验中的扭转振幅范围为2°~16°,竖向振幅范围为5~23mm,来流迎角分别为0°和±5°。测试结果表明,在迎角α=0°条件下,当扭转振幅A_t ≤8°,或竖向约化振幅A_v/D≤0.46时,自激气动力的线性谐波占整体气动力的比例在95%以上,没有明显的高次谐波分量。当扭转振幅A_t > 8°,来流迎角为+5°时,自激气动力的线性谐波比例可降低到75%,高次谐波的比例可达到25%。扭转振幅对颤振导数A₂*、A₃*、H₂*均存在显著的影响,但竖向振幅仅对H₄*存在一定的影响。由此得出,尽管颤振导数随振幅的改变是非线性的,但在一定条件下（如8°扭转角以内）,气动力本身不含有明显的高次谐波分量。