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。     

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。     

多间隙齿轮副系统非线性动力学特性分析

齿侧间隙和支承间隙对齿轮系统非线性动力学特性有重要的影响。首先,建立了齿轮副系统多间隙非线性动力学模型。模型中考虑了时变啮合刚度、静态传动误差、齿侧间隙与支承间隙等因素。然后,对系统方程进行量纲一化。最后,利用数值积分方法对方程进行求解,分析了系统在不同载荷条件下随齿侧间隙、支承间隙与阻尼变化的分岔特性。结果表明:在轻载条件下,系统随齿侧间隙的变化表现出丰富的运动状态,包括单周期、倍周期与混沌运动,而在重载条件下,系统的动力学特性未发生变化,仅振幅增大。同样地,系统的运动状态在重载条件下不随支承间隙的变化而改变;然而,在轻载条件下,当支承间隙增大时,系统处于不同的运动形式。研究结果为齿轮系统参数选取与优化提供理论依据。     

修形面齿轮传动系统的动态特性分析

为改善面齿轮传动系统的动态性能,研究了面齿轮传动系统的齿廓修形技术,推导了齿廓修形的圆柱齿轮、刀具齿轮和面齿轮的齿廓方程,建立了包含齿侧间隙、时变啮合刚度、修形参数、综合相对误差、支承刚度和支撑阻尼等参数的面齿轮传动系统振动模型,采用Runge -Kutta数值积分法对齿廓修形的面齿轮传动系统求解。研究结果表明：当齿条刀具的抛物线修形系数变化时,系统的动态响应特性将出现简谐响应、次谐响应和混沌响应3类稳态响应。     

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。     

高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法研究

基于相似理论提出了一种高速转子—支承结构系统动力学的缩尺相似设计方法。以某型涡轴发动机燃气发生器转子—支承系统总体结构为研究对象,考虑结构的动力学特性相似,建立了几何尺寸参数、支承刚度的缩尺比例,使缩尺后的转子—支承系统与全尺寸的原型相比,具有临界转速成比例、转子振型保持一致的动力学特性;随后,基于该缩尺模型,指导了供实验室使用的航空发动机整机试验器转子—支承系统的结构设计;最后,建立了整机试验器转子—支承系统的"超模型"并进行仿真计算,结果验证了该相似设计方法的合理性和有效性。     

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.     

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。     

基于博弈论的8自由度整车悬架参数优化设计

建立了包含座椅垂直振动、车身垂直、仰俯、侧倾振动以及4个车轮垂直振动的整车8自由度悬架物理模型,并应用达朗伯尔原理建立其动力学方程,使用Matlab／Simulink软件对A,B,C不同等级路面激励进行时域模拟仿真。通过模态叠加法对方程进行求解,得到了整车的模态特性和3种路面激励输入下各个自由度位移、速度、加速度等振动响应量。在悬架参数的设定范围内,分析了座椅、悬架、车轮等的刚度、阻尼参数变化对车辆行驶性能的影响;根据博弈论,对多目标优化模型进行博弈分析．利用Stackelberg寡头博弈对多目标优化模型进行求解,计算结果表明,车辆的乘坐舒适度和对路面的损坏等性能指标均有所改善。     

短肢剪力墙结构的自由振动特性分析

采用连续化方法导出了短肢剪力墙结构在任意高度侧向集中荷载的作用下的侧移曲线方程，由此得到该结构的抗侧移柔度系数，进而得出结构的抗侧移刚度矩阵。应用抗侧移刚度矩阵对各种整体性系数和肢强系数的短肢剪力墙结构进行了动力特性分析，研究其对结构动力特性的影响。结果表明，当肢强系数不变时，随整体性系数的增加，短肢剪力墙的前两阶振型的振动周期显著减小，而其他高阶振型的振动周期变化很小；当整体性系数不变时，短肢剪力墙的前两阶振型的振动周期随肢强系数的增加显著减小，而其他高阶振型的振动周期变化不大。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（上）

根据新一代运载火箭CZ-5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ-5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（下）

根据新一代运载火箭CZ．5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ．5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

翼型大迎角振动对气动性能影响的实验研究与初步分析

通过在NF-3低速风洞专门研制的翼型模型及相应的俯仰和沉浮振动机构,选用NACA0012翼型进行大迎角下不同频率的振动实验,研究了模型振动平均状态下对其气动力特性的影响情况,并在N-S方程基础上对振动流场进行了初步分析.实验与计算研究的结果表明:在临近定常失速迎角的大迎角条件下,翼型的振动可以引起旋涡分离,导致翼型升力减小和失速迎角的提前.就所涉及的两种振动模式而言,俯仰振动的影响大于沉浮振动,所以,模型设计和加工时要特别注意加强机翼弦向的扭转刚度.     

动力机械基础的隔振

本文对机械设备的隔振问题,推导了其振动方程,导出了力比值及力矩比公式,计算、作图分析了隔振器的刚度系数和隔振器之间距离对力比值和力矩比值的影响,提出了减小力比值和力矩比值的方法。     

基于热流体动力润滑分析的滑动轴承平衡位置和动力特性系数研究(英文)

建立了考虑润滑油粘热效应的滑动轴承热流体动力润滑分析模型,采用有限元法分析滑动轴承油膜压力和温度分布。对有限元方程关于扰动项求导直接得到油膜压力对于各扰动项的偏导数,并且通过油膜压力对于扰动项的偏导数构建油膜力Jacobi矩阵。采用Newton-Raphson方法确定给定静载下的轴承平衡位置,同时不需要额外的计算即可通过油膜力Jacobi矩阵获得滑动轴承动力特性系数。通过算例研究了轴承几何参数对滑动轴承动力系数的影响。分析结果表明,油膜温度对轴承刚度系数的影响大于阻尼系数;在轴承偏心率较小时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而增大;而在轴承偏心率较大时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而减小。     

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。     

直升机模式下倾转旋翼机多体气弹动力稳定性分析

通过多体动力学方法建立了倾转旋翼机动力学分析模型。结合动力入流，研究了直升机模式下倾转旋翼机非线性非定常气弹耦合动力学特性。集成了非定常动态入流方程与倾转过渡状态的多体动力学方程，建立了倾转旋翼机时域非定常气弹耦合分析模型。以半展长弹性机翼全铰接式倾转旋翼机模型为例，在直升机模式下分析了桨叶摆振刚度及飞行速度对倾转旋翼机气弹稳定性的影响。数值计算表明：建立的多体动力学模型能够快速分析直升机模式下倾转旋翼机复杂的旋翼／机翼气弹耦合动力学特性。     

滚动轴承在任意方向的支承刚度

为仔细分析高速转子——滚动轴承系统的动力学特性,本文提出了滚动轴承在任意方向的支承刚度的概念,应用弹性理论和滚动轴承内部几何关系,推导了滚动轴承在任意方向的支承刚度的数学表达式。同时还提出了球轴承和单列向心短圆柱滚子轴承在外载荷作用下内圈位移的简化表达式,给出了计算方法和编制了相应的计算程序。 为验证上述理论的正确性和程序的可靠性,应用本文方法进行了大量的计算试验,与美国空军推进实验室所提供的轴承刚度的资料相比较,计算结果相当吻合。在此基础上,本文还进一步探讨了轴承的轴向负荷和径向负荷、径向间隙和负荷分布参数对轴承刚度的重要影响,得到了许多重要结论。     

考虑界面微观滑移的连接非线性系统多尺度分析

振动环境下,连接界面上存在着复杂的多尺度粘滑摩擦行为,进而造成含连接系统复杂的非线性振动现象。本文针对机械结构中的搭接连接系统,采用改进的Iwan迟滞非线性模型建模连接界面的多尺度粘滑行为,建立了连接系统的非线性运动方程,利用多尺度摄动分析方法研究了系统在初始条件下的自由振动,获得了系统响应的近似解析解并与直接数值积分解进行了对比;研究了粘性阻尼系数、刚度比等参数对系统动力学响应的影响。结果表明,Iwan迟滞非线性模型能够复现界面多尺度的微观粘滑行为;多尺度近似解析解和数值解吻合很好;连接系统的自由振动过程中,系统相轨迹以螺线收敛,但平衡位置可能发生偏移;界面切向刚度表现出随振幅增大而减小的软化非线性特点,系统瞬时固有频率随振幅减小而增大;振动过程中连接界面单位周期的能量耗散随振动幅值的减小而减小。研究结果为进一步探索含连接复杂装配结构的非线性动力学行为提供了基础。     

电磁式激振器的参变振动

电磁式激振器在定电流时的运动方程本质上是非线性的,[1]文列出了电磁式激振器的振动方程,[2]文用图解法求解电磁式激振器的方程,本文在略去高阶小量后推导了电磁式激振器的振动方程,得到了变参数的振动方程,并用摄动法及渐近法求得了电磁式激振器的一次近似非共振,主共振,二次超谐波共振及二分之一次次谐波共振的稳定周期运动方程,以及稳定周期运动的条件。电磁式激振器的交流电流及直流电流会引起系统的等效刚度系数的变化,本文引入了刚度减小系数β及弹性阻力的概念。并且得出了电磁式激振器的激振条件:β<1电磁式激振器总是存在失真度问题,本文分析了影响失真度的因素,提出了减小失真度的办法,提供了操作及设计电磁式激振器的依据。文中还分析了影响静位移及最大位移的因素,提供了设计电磁式激振器的气隙δ时必须注意的问题。文末附有计算例题。