含动摩擦两自由度碰撞振动系统动力学特性研究

摘要

冲击振动与摩擦振动不仅大大缩短了机械系统的使用寿命，降低系统稳定性和工作效率，而且造成严重的噪声污染。深入研究摩擦力作用下的碰撞振动系统的动力学特性，对实现各机械系统的动力学响应分析与稳定性控制，以及参数的工程优化，具有重要的理论意义和工程实用价值。
　　在单自由度系统的基础上，综合考虑系统摩擦环境、支撑条件、限位边界条件等因素，且将Dankowicz和LuGre两类动摩擦模型作为摩擦来源，分别建立了两自由度含摩擦对碰振动系统以及两自由度含摩擦双侧约束系统。对系统方程进行无量纲处理，借助R-K算法对系统进行数值求解。通过系统相图、时间历程图、分岔图以及滑移分岔图等数值仿真结果，对系统动力学分岔演化、粘-滑以及颤碰振动进行了探究;通过分析双参平面内的参数域分布，研究了关键参数对系统粘-滑、颤碰振动的影响。主要内容如下:
　　针对所建立的含动摩擦两自由度对碰振动系统，分别将Dankowicz和LuGre两类动摩擦模型作为系统的摩擦来源，分析了系统的运动状态，且在给定系统参数下，通过数值仿真分析系统的非线性动力学行为以及振动特性。研究发现:动摩擦力作用下，系统低频区为粘-滑振动与颤碰振动发生的主要区域，为波纹状分岔结构，颤碰次数与波纹条数相对应，存在幅值跳跃以及周期性分岔行为、且均存在完全颤碰振动与不完全颤碰振动。随着激振频率的增大，系统粘-滑振动逐渐减弱，完全颤碰振动弱化为不完全颤碰振动，且逐渐转变为中频区的单次碰撞振动;中频区域通常为稳定的无粘-滑、无颤碰的单次碰撞振动区，存在幅值跳跃现象;高频振动区，系统无粘-滑、颤碰振动行为，系统存在Hopf分岔、周期倍化与退化分岔、幅值跳跃、阵发性混沌、周期泡等丰富的动力学分岔演化形式。碰撞冲击导致系统运行速度发生跃迁，摩擦力突变，且粘滞振动状态下，系统动态平衡。系统全局由穿越滑移轨线与粘滞振动带转换引发穿越滑移分岔、切换滑移分岔、擦边滑移分岔以及多滑移分岔。选定参数平面内，系统粘-滑振动与颤碰振动随着参数的变化产生振动区域的增减;但系统粘-滑、颤碰振动对于不同的系统参数存在不同强弱的敏感性。特定参数条件下，相邻振动区域之间存在交叉振动区，使得系统振动复杂且敏感。
　　针对考虑双侧刚性约束的含动摩擦两自由度碰撞振动系统，研究Dankowicz和LuGre两类动摩擦作用下系统的非线性动力学分岔行为以及颤碰、粘-滑振动特性。研究表明:激振频率控制下的系统分岔行为存在同样的区域分割特性;两侧刚性约束处均存在完全颤碰振动;系统粘-滑、颤碰振动对于不同的系统参数同样存在不同强弱的敏感性，且同样存在交叉振动行为。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 静摩擦动力学研究现状

1．2．2 动摩擦动力学研究现状

1．3 研究目标及方法

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究方法

1．4 主要研究内容及章节安排

2 含摩擦两自由度碰撞振动系统建模

2．1 引言

2．2 两自由度对碰振动系统建模

2．2．1 含Dankowicz动摩擦两自由度对碰振动系统建模

2．2．2 含LuGre动摩擦两自由度对碰振动系统建模

2．3 两自由度双侧约束碰撞振动系统建模

2．3．1 含Dankowicz动摩擦两自由度双侧碰撞振动系统建模

2．3．2 含LuGre动摩擦两自由度双侧约束碰撞振动系统建模

2．4 本章小结

3 两自由度对碰振动系统非线性动力学分析

3．1 引言

3．2 含Dankowicz动摩擦两自由度对碰振动系统动力学响应

3．2．1 系统运动状态分析

3．2．2 非线性动力学数值仿真分析

3．2．3 关键参数对系统粘-滑振动特性的影响

3．2．4 关键参数对系统颤碰振动特性的影响

3．3．1 系统运动状态分析

3．3．2 非线性动力学数值仿真分析

3．3．3 关键参数对系统粘-滑振动特性的影响

3．3．4 关键参数对系统颤碰振动特性的影响

3．4 本章小结

4 两自由度双侧约束碰撞振动系统非线性动力学分析

4．1 引言

4．2 含Dankowicz动摩擦两自由度双侧约束碰撞振动系统动力学响应

4．2．1 系统运动状态分析

4．2．2 非线性动力学数值仿真分析

4．2．3 关键参数对系统粘-滑振动特性的影响

4．2．4 关键参数对系统颤碰振动特性的影响

4．3 含LuGre两自由度双侧约束碰撞振动系统动力学响应

4．3．1 系统运动状态分析

4．3．2 非线性动力学数值仿真分析

4．3．3 关键参数对系统粘-滑振动特性的影响

4．3．4 关键参数对系统颤碰振动特性的影响

4．4 本章小结

5 总结及展望

5．1 全文总结

5．2 课题展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果