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    2023,21(10):1-13, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-093
    摘要:
    工程系统中梁结构经常处于各种激励的作用下,因而梁结构在这种环境下不可避免地发生着各种各样的强迫振动.在梁结构发生振动的过程中,其自身会受到的温度、湿度、电磁场、裂纹等众多内外部因素的影响,而众多内外部因素就构成梁的多物理场耦合环境.在多场耦合环境下,Green函数法作为一种解析方法在研究梁的多场耦合振动问题方面具有优势,有利于讨论力、电、热、裂纹等因素作用下梁的振动特性和多场耦合特性.Green函数法相比于模态叠加法,优点在于能够得到完整且精度较高的解析解,具有收敛性好,运算快的特点.本文主要阐述Green函数在梁的强迫振动、热力耦合振动、力电耦合振动、裂纹梁振动等研究问题上取得了大量的理论和工程研究成果.本文以裂纹为内因,热、力、电为外因进行分类,阐述了在内外因影响下梁的强迫振动问题Green函数解的研究现状,从而让读者进一步系统性的了解Green函数法在振动领域中的广泛应用,以及了解该方法本身的特色和优势奠定基础.
    2023,21(10):14-21, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-058
    摘要:
    针对一类周期激励下的广义离散Duffing系统,运用快慢分析方法,对系统状态进行数值模拟,通过分岔图和时间历程图对系统进行分析,得到不同参数下系统所表现出的新型簇发振荡模式,并探讨其与连续Duffing系统之间的联系.系统的簇发振荡模式被分为两类,一类是当慢变量穿过Fold分岔点或混沌激变点,吸引子发生转迁所诱发的各种对称式簇发振荡,另一类则是当慢变量无法穿过Fold分岔点或混沌激变点,由延迟Flip分岔所诱发的各种非对称式簇发振荡.
    2023,21(10):22-29, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-109
    摘要:
    具有硬边界的动基座双自由度动力学系统在受到基座周期性激励与随机冲击扰动时,振子与边界碰撞后的强非线性特性导致系统产生复杂的混沌行为.本文基于Soft Actor-Critic强化学习框架,构建了同时实现振动控制与基座运动跟随的智能算法,研究了宽频域范围内含有硬边界约束的动基座双自由度系统的动力学控制效果.通过构建包含相对位移、控制力的复合奖励函数,实现动力学系统精度较高的轨迹跟踪与振动抑制.结果表明,该算法可以实现频率范围跨2个数量级(0.01Hz到1Hz)的有效振动控制,并通过与PID控制方法的比较,展现了该方法在复杂环境中的稳定性与泛化性.
    2023,21(10):30-38, DOI: 10.6052/1672-6553-2022-067
    摘要:
    本文研究了在FOPID控制器控制下的广义Van Der Pol随机系统瞬态概率密度函数和可靠性函数变化情况.首先,引入广义谐和函数,将快变变量转换为慢变变量,并利用分数阶微积分的性质,获得了FOPID控制器在慢变变量形式下的新表达式.在此基础上,由于径向基神经网络具有准确性高,易于求解高维问题,求解速度快等优势,所以我们应用径向基神经网络分别对该随机系统所满足的前向和后向柯尔莫哥洛夫方程进行求解,得到随机系统的瞬态概率密度函数和可靠性函数.最后,通过分析控制器中分数阶导数和分数阶积分对Van Der Pol随机系统响应和可靠性的影响,我们得到结论,分数阶控制器一定程度上会增强系统的响应,并导致分岔.
    2023,21(10):39-46, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-063
    摘要:
    能量采集技术是发展绿色智能交通系统的重要途径.与电池和电缆供电方式相比,从交通环境中收集机械能并将其转化为电能能为智能交通系统中分布的微机电系统供电,且具有便捷、可持续、绿色低碳等优点.本文设计了一种摩擦-电磁复合式能量回收带(Hybrid Triboelectric Electromagnetic Energy Harvesting Bump,HTEEHB),主要由电磁发电单元和摩擦发电单元组成,电磁发电单元磁体线圈交错排列,以提高空间利用率和增加功率密度;摩擦电单元采用改性聚二甲基硅氧烷复合材料组装的折叠结构,可显著提高输出功率.通过磁力和弹性体的双重作用力进行复位,可避免传统弹簧复位需要精密导向机构的缺点.基于HTEEHB工作原理,建立机电耦合动力学模型并进行试验验证,证明了磁力复位的有效性.试验结果表明,在激励频率为5Hz,受力为15N时,左右两侧摩擦发电单元产生的最大平均功率分别为353.1μW 和360 μW,电磁发电产生的平均功率为6.67μW.该装置收集车辆滚动能量,可为交通环境中的小型器件提供可持续的绿色无碳动力.
    2023,21(10):47-53, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-050
    摘要:
    提出了一种磁力耦合的滑动式车路能量收集装置(Magnetic coupled Sliding Vehicle road Energy Harvesting device,MSVEH)收集行驶车辆产生的机械能.能量收集装置与路面平齐,在收集能量的同时能有效地减少冲击对车辆行驶过程的影响.磁力耦合驱动方式可以实现非接触运动传递,从而将动密封转换为静密封,全密封设计理念有助于提高装置可靠性.滑动部件在车轮的双向激励下产生水平运动,通过磁力将运动传递到发电单元引起磁铁盘与线圈的相对运动从而发电.使用了单向轴承和换向齿轮联合设计实现装置在复杂交通环境自适应,适应车轮的双向激励并输出单向旋转运动.建立了永磁体间磁力的数学理论公式并进行了计算并得到了磁力曲线.建立了系统的动力学模型研究系统电学特征,探究了在外接负载下的滑动位移和激励频率参数对电学输出的影响.结果表明,滑动位移对装置输出性能影响显著,在负载电阻60Ω,位移20mm和频率5.0Hz时,峰值电压和峰值功率分别为10.2V和1.734W.
    2023,21(10):54-60, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-099
    摘要:
    风致振动能量俘获技术是振动能量俘获技术领域的一个研究重点方向,具有解决无线传感器自供电的潜力.本文研究了非线性三稳态风致振动能量俘获系统的输出特性,并建立了动力学模型,对比分析了具有对称和非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统输出特性.分析结果表明,具有非对称势能阱的三稳态风致振动能量俘获系统初始工作风速较低,实现大振幅振荡的工作风速区间较宽.此外,分析了系统在不同外接电阻、等效质量和等效刚度线性项条件下的输出特性,通过分析发现,在定风速条件下,系统的输出电压随着外接电阻的增加而增加,当外接电阻大于10 MΩ时,输出电压的变化趋于平缓.最后,通过分析发现系统的等效质量和等效刚度线性项会对系统初始工作风速和有效工作风速区间产生影响.
    2023,21(10):61-73, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-095
    摘要:
    非线性多稳态能量采集系统模型复杂、结构参数较多,由于测量、加工、装配过程中不可避免的存在误差,这些结构参数都存在一定的不确定性.而关键参数的微小变化都可能对系统输出电压产生显著影响,特别当多不确定参数同时存在时,可能会对系统能量采集性能产生更加复杂的影响.因此,研究多不确定参数作用下非线性能量采集系统的随机行为十分必要.本文针对具有双不确定参数的双稳态能量采集系统,首先,利用Routh Hurwitz定理分析了确定性双稳态系统平衡点的稳定性及其静态分岔特性;继而,借助正交多项式逼近法,将具有两个相互独立的不确定机电耦合系数的随机双稳态系统转化为等价确定性扩阶系统,使系统的随机响应问题转换为等价系统的响应问题;之后,从全局和局部两个角度出发,通过等价系统与确定性系统吸引子、吸引域、相轨、均方电压以及能量转化率的对比,揭示了不确定参数对系统动力学行为和发电性能的影响.结果表明,在一些敏感的参数区间内,两机电耦合系数的不确定性均会导致系统运动状态发生变化,且不确定参数强度越大,系统会越早通过倍周期分岔级联进入混沌状态;此外,在两机电耦合系数的不确定性作用下,系统均方电压均会出现一定程度的降低;且与电方程中机电耦合系数相比,机械方程中机电耦合系数对系统的影响更显著,当两不确定参数共同作用时,系统的能量采集性能变化更显著.
    2023,21(10):74-82, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-070
    摘要:
    使用具有指数相关性的色噪声近似外界环境干扰,研究色噪声激励下驰振能量采集器(GEH)的稳态响应.首先,介绍了系统的理论机电耦合运动方程,并对其进行无量纲化处理.其次,通过广义谐波变换对方程进行等效解耦,然后使用能量包线随机平均法得到系统稳态响应的解析解.最后,使用四阶龙格库塔算法进行数值模拟,在验证解析解有效性的同时分析了风速、色噪声参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,较大的噪声强度有利于提升系统的能量采集性能,且在风速较低时效果更明显;噪声相关时间对系统稳态响应的影响与噪声强度相反.当系统的振动模式由风激励主导时,系统的响应表现为带有附加噪声的周期性振动;随着风速增加,增强的风激励削弱了色噪声激励对系统稳态响应的影响.此外,本文还研究了系统结构参数和电气参数对平均输出功率的影响,研究结果为优化系统设计提供了有效的理论指导.
    2023,21(10):83-91, DOI: 10.6052/1672-6553-2023-110
    摘要:
    为改善纯电动汽车齿轮传动在整个工况范围内的工作性能,提出一种计及负载扭矩和转速工况影响的齿面修形方法.考虑时变啮合刚度、啮合冲击、齿面摩擦激励,建立了系统动力学分析模型.结合轮齿几何接触分析和承载接触分析,采用遗传算法优化获得全工况最优的齿廓、齿向抛物线修形系数,并对比分析了不同修形方案的抑振效果.结果表明:计及工况影响的齿面修形在全工况下的振动加速度均方根都保持在较低水平,说明这一齿面修形策略具有更好的全局抑振效果.
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    2014,12(3):193-200, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-046
    [摘要] (2571) [HTML] (0) [PDF 748.46 K] (5363)
    摘要:
    航天器对恶劣动力学环境的适应能力直接关系到整个航天飞行任务的成败,振动试验控制技术是动力学环境试验的关键环节.本文分析了近年来国内外航天器振动试验设备和振动控制算法的研发动态、基本原理和关键技术达到的水平.提出了跟踪研究的基本思路,途径及建议.
    2014,12(1):18-23, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-068
    [摘要] (2539) [HTML] (0) [PDF 1.13 M] (5103)
    摘要:
    以单晶悬臂梁压电发电装置为研究对象,在考虑压电材料非线性的情况下,利用广义Hamilton原理、Rayleigh-Ritz法、Euler-Bernoulli梁理论及压电元件恒定电场假设建立了悬臂梁压电发电装置的分布式机电耦合模型,通过数值计算分析谐振频率附近解的特性与系统参数及初始条件的关系,揭示了压电材料非线性、外激励参数对系统响应的影响规律,并通过实验验证了解析解的正确性.结果表明,压电材料的非线性特性会导致近似解的共振峰向左偏移,呈现软特性的非线性特征;当激励频率变化时,系统响应存在多解、跳跃等现象,主共振解的真正实现与初始条件的选取有关.
    2017,15(5):385-405, DOI: 10.6052/1672-6553-2017-039
    [摘要] (1639) [HTML] (0) [PDF 1.91 M] (4911)
    摘要:
    首先回顾多体系统动力学的学科发展和学术交流情况,然后系统概述了多柔体系统动力学方程数值算法、多柔体系统接触/碰撞动力学与柔性空间结构展开动力学三个方面的研究进展及值得关注的若干问题,最后给出了开展多柔体系统动力学研究的若干建议.
    2014,12(3):243-247, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-054
    [摘要] (2315) [HTML] (0) [PDF 1.07 M] (4743)
    摘要:
    随机振动试验中存在的加速度功率谱密度带外超差问题对普遍采用的随机振动试验非常重要,本文分析了功率谱密度带外超差出现的原因、征兆、对试验产生的影响以及采取的解决措施,并且分析了常用随机振动试验和振动试验计量检定标准中对功率谱密度带外超差的规范要求.
    2015,13(5):361-366, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-064
    [摘要] (981) [HTML] (0) [PDF 826.19 K] (4736)
    摘要:
    动力学和控制系统中往往包含有不确定性参数,为此提出了一种基于随机响应面的不确定性参数灵敏度分析方法,以量化参数不确定性对响应变异性的影响.文中首先利用随机响应面建立不确定性参数和响应之间的表达式,然后通过求偏导方式推导参数的灵敏度系数,该系数综合反映了参数均值和标准差的影响.最后通过一根包含几何、材料不确定参数的数值梁来验证所提出方法,并与方差分析法结果进行了比较.
    2016,14(2):97-108, DOI: 10.6052/1672-6553-2015-009
    [摘要] (1966) [HTML] (0) [PDF 1.87 M] (4393)
    摘要:
    本文结合多智能体系统控制理论与技术的研究现状,以地面无人系统为控制对象,对理论及其技术发展作了详细概述.从多智能体的行为协同控制和任务协同控制两个侧面讨论了相关的理论及应用问题,并指出当前协同控制研究中存在的一些问题以及今后的发展方向.地面无人系统的协同控制对于有效提升社会及军事效益,最大限度地发挥地面任务执行的效能具有重要意义.
    2014,12(3):225-229, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-051
    [摘要] (2037) [HTML] (0) [PDF 1.38 M] (4370)
    摘要:
    基于ANSYS软件和CFX软件的双向隐式交错迭代法对超空泡射弹尾拍运动过程中的流固耦合响应进行了研究,结构响应仿真采用有限元法、流场仿真采用分相流模型和SST湍流模型,重点比较分析了流固耦合作用对射弹运动姿态和流体动力的影响,给出了尾拍过程中弹体应力的变化规律.
    2014,12(3):269-273, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-043
    [摘要] (2887) [HTML] (0) [PDF 336.30 K] (4325)
    摘要:
    针对工程中需要从火箭结构系统的整体模态中识别纵向模态,根据模态有效质量理论,提出了一种识别火箭结构系统纵向模态的自动辨识方法.以具有集中质量系统的振动特性作为算例,通过有限元软件,建立了具有集中质量系统的梁模型,利用自动辨识的方法,自动辨识出系统的纵向模态,并与应用模态分析法所计算的系统模态信息相比较,这种自动辨识方法不仅能准确的辨识出振动系统的纵向模态, 而且还具有自动高效的识别特点.为准确快速建立液体火箭POGO振动系统的动力学模型等工程系统的模型提供理论依据.
    2012,10(1):21-26, DOI:
    [摘要] (700) [HTML] (0) [PDF 567.09 K] (4124)
    摘要:
    建立连续绳系卫星系统的离散的可变自由度有限维动力学模型,描述其长时间空间大范围运动.绳系卫星系统为复杂的非线性动力学系统.考虑了系绳的黏弹性、分布质量和空间位形,使得建立的改进珠式模型能够细致地描述系绳的纵横向振动.根据绳索只能受拉而不能抗压的特性引入了系绳单元的松弛模型,准确反映系绳真实受力情况.研究了系统自由度改变的实现方法,通过数值积分计算得到了绳系卫星系统释放、收拢和保持阶段的长时间历程的动力学响应,计算结果是收敛的.仿真结果印证了稳定平衡位置在绳系系统动力学中的重要特性.
    2008,6(4):301-306, DOI:
    摘要:
    研究了一阶时滞微分方程的状态反馈P控制、PI控制问题,目的是确定反馈增益的范围使得系统的平衡态是渐近稳定的. 对P控制状态反馈控制模型,利用Lambert W函数的主分支给出了确定反馈增益的显式判据以及系统的最优反馈增益; 在PI状态反馈控制模型中,运用稳定性切换原理并结合D-划分法确定了在反馈增益平面上系统的稳定性区域,并利用Lambert W函数采用数值方法给出了系统的最优增益曲线. 和现有方法相比较,本文方法更直观、 计算更简单.
    2014,12(2):183-187, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-025
    [摘要] (1115) [HTML] (0) [PDF 811.52 K] (3986)
    摘要:
    永磁同步电机由于谐波少、转矩的精度高,常用于伺服系统和高性能的调速系统.为研究需要,对其物理模型进行简化,建立了电机的数学模型及其基本方程.本文采用使直轴电流id=0方法进行研究,得到了基于转子磁场定向矢量控制下的电机电磁转矩方程.在Matlab/Simulink搭建整个系统仿真模型、转速和电流控制模块,并对系统进行仿真.仿真结果表明所得波形符合理论分析,系统响应快、超调量小,系统运行稳定,具有良好的动、静态特性.该方法采用易扩展的模块化设计,可在线修改和观察所有参数以及参数变化对系统控制效果的影响,从而能方便地验证各种控制策略,并据此选出高效的快速设计方案,缩短了研制周期,对系统设计和调试起到了很大的作用.
    2013,11(1):12-19, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-003
    [摘要] (1864) [HTML] (0) [PDF 530.95 K] (3910)
    摘要:
    航空发动机整机振动历来是发动机研发设计中不可忽视的重要部分,而机匣作为发动机的骨架,它的振动直接反映了发动机整机振动的水平.本文分析了航空发动机机匣动力学问题及故障分类,综述了机匣动力学的国内外发展现状与趋势、问题及解决的办法,并阐述了航空发动机机匣包容性问题的发展现状,最后提出了适合我国航空发动机技术水平的机匣发展设想.
    2013,11(4):357-362, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-041
    [摘要] (1045) [HTML] (0) [PDF 350.50 K] (3711)
    摘要:
    目前汽车发动机动力总成悬置系统设计的主要任务是选择悬置元件的刚度、位置和角度,使悬置系统自由振动模态频率避开发动机怠速激励力频率与车身自振频率,并尽量提高各模态振型的解耦程度,从而提高悬置系统隔振效果.悬置系统按预定频率严格解耦设计是使设计出的悬置系统模态频率完全等于按汽车设计频率规划预定的频率,并使各模态的振型严格解耦,即各向振动能量的解耦度等于1.本文从悬置系统的自由振动方程出发给出了对悬置系统按预定频率严格解耦设计的方程组,可以利用广义逆矩阵的理论求该方程组的解,亦可通过方程组构造函数进而求出该方程组的解,从而提供比当前的悬置系统模态优化设计更为简便高效的优化设计方法.相应的算例验证了本文提出的按预定频率严格解耦设计方程和求解方法的正确性.
    2014,12(3):205-209, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-059
    [摘要] (1919) [HTML] (0) [PDF 467.15 K] (3665)
    摘要:
    研究了空间结构振动抑制的被动非线性消振方法.提出了适用于空间环境的非线性消振器结构及动力学模型,该结构通过引入磁力实现空间环境下航天器结构的振动抑制. 然后,从理论上建立了含有非线性消振器的空间悬臂梁结构动力学模型,并通过Galerkin截断及数值分析方法分析了瞬态激励下非线性消振器对空间悬臂梁结构的被动振动抑制效果.仿真结果表明,该被动非线性消振器对系统的能量耗散率可以达到92%,可以实现非常好的振动抑制效果,能够适应空间环境,并提高航天系统的可靠性.
    2014,12(3):283-288, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-061
    [摘要] (2593) [HTML] (0) [PDF 479.50 K] (3641)
    摘要:
    针对大展弦比机翼水平弯曲模态参与耦合颤振问题,首先用考虑几何非线性的颤振分析方法研究了某大展弦比机翼的颤振特性,结果表明水平一弯模态参与耦合降低了机翼传统模式的线性颤振速度;然后研究了复合材料的铺层主刚度方向角对机翼非线性振动特性和颤振特性的影响规律,提出了大展弦比机翼非线性颤振剪裁设计的新方法.结果表明主刚度方向角的变化主要引起了水平一弯模态振型的改变,一般表现为主刚度方向角从机翼后梁向后缘偏转,该阶模态的相对扭转振型节线位置向前缘移动;反之,该节线位置后移.进一步非线性颤振分析,发现水平一弯模态振型的变化引起了该阶模态参与耦合颤振速度的明显改变,主要表现为该颤振型的颤振速度随该阶模态的相对扭转振型节线位置前移量的增加而增大.通过两个算例验证了结论的正确性.
    2016,14(3):247-252, DOI: 10.6052/1672-6553-2015-052
    [摘要] (1540) [HTML] (0) [PDF 2.18 M] (3610)
    摘要:
    轮胎作为车辆与路面接触的唯一载体,其力学特性是车辆动力学响应分析和控制的重要基础.目前仿真研究中所使用的轮胎模型多为稳态模型,不能精确地描述轮胎的动态特性.因此,将动态轮胎模型应用于车辆动力学仿真软件中,对于整车动力学仿真和研究具有重要的作用.多体动力学软件Adams中自带的轮胎摩擦模型为静态模型,它将摩擦系数视为一个静态值,而实际轮胎与路面之间的摩擦是动态变化的,应为相对速度和位移的动态函数,所以本文以基于LuGre动态轮胎模型,应用Matlab/Simulink软件构建动态轮胎模块,通过接口与Adams/Car连接,进行整车模型与Simulink轮胎模型的同步联合仿真,实现轮胎与路面动态接触的历程的模拟,提高车辆系统仿真的精度.〖HJ1〗〖HJ〗
    2014,12(1):36-43, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-110
    [摘要] (1648) [HTML] (0) [PDF 2.22 M] (3527)
    摘要:
    利用有限元方法建立了航空发动机双转子系统耦合非线性动力学模型,采用MATLAB计算了系统的临界转速和振型;研究了双转子结构的稳态不平衡响应,给出了双转子-机匣系统在不同转速下的运动规律,为工程中双转子系统的设计提供了一定的理论支持.
    2014,12(3):253-258, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-056
    [摘要] (1631) [HTML] (0) [PDF 1.00 M] (3507)
    摘要:
    为研究权衡结构刚度与低阶振动频率的飞行器升力面最优结构设计,提出两种多目标拓扑优化方案(约束法、结合约束法与评价函数法).基于变密度方法,在约束法方案中将多目标优化转化为设定参考点位移约束和低阶振动频率约束下,求解结构质量最小化的优化问题.在结合约束法与评价函数法方案中,定义组合柔度指数为评价函数(结构柔度与振动频率的函数),将多目标优化转化为设定低阶振动频率约束和体积分数约束下,求解结构最小组合柔度指数的优化问题.结果表明两种方案的优化结果具有一定的相似性,各有所长.优化设计不仅减轻了升力面结构重量,而且提高了结构的一、二阶振动频率.
    2014,12(3):201-204, DOI: 10.6052/1672-6553-2014-048
    [摘要] (1997) [HTML] (0) [PDF 296.79 K] (3365)
    摘要:
    在飞机结构设计中,非线性因素不可避免.本文以高超音速流下的,在俯仰自由度上含有立方非线性刚度的二元机翼为研究对象,采用平均法及颤振理论研究了超高速飞机机翼的非线性动力学行为,并通过数值计算验证了理论计算的正确性,给出了对比分析结果.
    2014,12(1):62-66, DOI: 10.6052/1672-6553-2013-097
    [摘要] (1231) [HTML] (0) [PDF 832.87 K] (3276)
    摘要:
    提出用样条有限点法分析拱的自振频率,采用3次B样条函数的线性组合作为位移振型函数,以曲杆变形理论为基础,根据Hamilton原理建立了考虑恒载效应影响时拱的振动频率方程.计算分析了恒载效应对拱结构自振频率的影响.结果表明恒载效应会使拱结构自振频率减小;影响大小与结构自身刚度有关;拱结构截面刚度一定时,拱矢跨比、径厚比越大,恒载效应对自振频率的影响越大.

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