两类碰撞振动系统动力学研究与实验台设计

摘要

机械系统内部或边界间隙引起的碰撞振动大量存在于我们的日常生活和生产实际中，这会造成有害的动应力、表面磨损和振动噪声。由于间隙而引起的碰撞振动呈现复杂的周期运动或混沌运动，因此碰撞振动问题一直是机械动力学的研究热点之一。
　　本文以两类碰撞振动系统为对象，采用理论分析、数值仿真和实验研究的方法，全面地揭示了单自由度碰撞振动系统和两自由度碰撞振动系统中所具有的丰富而复杂动力学行为。本文主要研究内容包括：
　　(1)介绍了碰撞振动系统相关知识以及两种碰撞振动系统动力学研究方法：Poincaré映射方法和Matlab求解碰撞微分方程法。重点介绍了Matlab求解碰撞微分方程在计算中两个关键问题的处理方法。这部分内容为后续的两类碰撞振动系统分析提供了理论基础与分析方法。
　　(2)建立了单自由度碰撞振动系统动力学模型，基于Poincaré映射方法研究了该系统随激振频率变化的全局分岔，采用Matlab求解单自由度碰撞振动系统微分方程，获得系统的响应输出相图，然后进行ADAMS建模仿真，将仿真结果与数值分析做了对比验证。
　　(3)建立了两自由度碰撞振动系统动力学模型，基于Poincaré映射方法研究了该系统随激振频率变化的全局分岔，对照分岔图通过数值仿真调查了系统的动力学行为。这为后面的两自由度碰撞振动系统实验分析提供了理论依据。
　　(4)参照两自由度碰撞振动系统理论模型进行了实验台设计。详细介绍了实验台的设计要求，实验装置设计与设备选取；采用LabVIEw作为实验控制系统设计软件，并详细说明了各模块的设计方法。基于搭建的实验台，通过实验揭示了两自由度碰撞振动系统中的各种周期碰撞振动、混沌碰撞振动以及“擦边”运动的动力学行为。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 碰撞振动动力系统

1.2.1 碰撞振动动力系统描述

1.2.2 分岔和混沌

1.3 碰撞振动的研究现状

1.4 本文研究目的和主要内容

第2章 碰撞振动系统研究方法

2.1 碰撞振动系统Poincaré映射方法

2.1.1 Poincaré映射基本概念

2.1.2 碰撞振动系统Poincaré映射截面的选取

2.2 碰撞振动系统微分方程数值分析方法

2.2.1 Matlab与龙格-库塔法

2.2.2 Matlab求解碰撞振动系统微分方程

2.3 本章小结

第3章 两类碰撞振动系统动力学研究与仿真

3.1 单自由度碰撞振动系统动力学研究与仿真

3.1.1 单自由度碰撞振动系统动力学模型和微分方程

3.1.2 单自由度碰撞振动系统仿真分析

3.2 两自由度碰撞振动系统动力学研究与仿真

3.2.1 两自由度碰撞振动系统动力学模型和微分方程

3.2.2 两自由度碰撞振动系统动力学仿真

3.3 本章小结

第4章 两自由度碰撞振动实验台设计

4.1 两自由度碰撞振动实验台方案设计

4.1.1 实验台设计要求与总体构想

4.1.2 实验台的系统组成

4.1.3 碰撞振动机械装置结构设计

4.1.4 主要实验设备

4.2 两自由度碰撞振动实验台控制系统设计

4.2.1 计算机处理及软件系统

4.2.2 基于LabVIEW控制系统软件设计

4.3 本章小结

第5章 碰撞振动实验与结果分析

5.1 实验方案及步骤

5.2 实验结果

5.3 本章小节

结 论

参考文献

致 谢

附录A(攻读学位期间发表的论文)