摘要：环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压,随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。结果表明:负载电阻一定时,截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压;截面系数β>0时,随着电阻电容乘积的倒数的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势,当电阻电容乘积的倒数值一定时,β值越大,均方电压也越高;随着噪声强度的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势,当噪声强度一定时,β值越大,均方电压也越高。本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。

摘要：为揭示由于刻蚀加工误差导致的梳齿倾斜角度对多自由度微陀螺动态性能的影响机理,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,分析了线性及静电力非线性工况下梳齿倾斜角度对微陀螺动力学特性的影响。研究结果表明,微陀螺在线性系统内工作时,梳齿倾斜角会导致微陀螺系统出现共振频率偏移,并造成灵敏度大幅下降,但对带宽基本没有影响。当在静电力非线性系统内工作时,梳齿倾斜角对系统响应有刚度硬化作用,可在一定程度上抵消静电力非线性的影响;硬化作用先随梳齿倾斜角的增加而增加,到达峰值后随刻蚀误差的增加而减小,即存在最佳梳齿倾斜角度以抵消静电力非线性的影响。上述研究成果为控制或利用刻蚀误差的影响提供了理论依据。

摘要：本文设计一类新型的指数型变截面梁式微陀螺,变截面指数梁的宽度与长度的关系为指数函数变化的形式,且指数梁的截面变化因子小于等于零,梁的厚度随梁长仍保持不变.考虑了曲率非线性和惯性非线性对系统的影响,利用扩展哈密顿原理、单模近似法和拉格朗日微分方程,建立了指数型变截面梁式非线性陀螺仪的振动控制方程、边界条件和非线性离散化模型,且考虑了陀螺仪驱动和检测两个方向上直流电压和交流电压对系统响应的影响,采用ADM法求解陀螺仪系统在不同截面变化因子下的静态响应,利用多尺度法对系统的非线性离散化模型进行摄动求解,分析各个参数对陀螺仪动态响应的影响规律.结果表明,随着截面变化因子的增大,指数梁陀螺仪的吸合电压和一阶固有频率逐渐增加,并呈现近似线性的变化规律.通过调节指数梁截面变化因子,可以控制科氏力响应峰值频率和检测峰值频率的差值.利用指数梁陀螺仪系统的硬化非线性特征,当交流电压施加在指数梁厚度方向时,选择合适的指数截面变化因子、阻尼比和交流电压,可以使指数梁式陀螺仪系统获得更好的带宽性能及线性可测范围;当交流电压施加在指数梁宽度方向,选取合适的截面变化因子,不仅可以获得较高的系统灵敏度性能,同时增加陀螺仪对外部输入角速度的线性可测范围.

摘要：斜楔是货车转向架重要的减振元件,基于力学分析推导斜楔参数与斜楔垂向、纵向、横向及抗菱等效作用的解析关系式,根据关系式建立便于优化斜楔参数的斜楔等效模型,在考虑部件柔性的C 70E货车刚柔耦合模型中建立斜楔各向等效力元模拟斜楔作用;该斜楔处理方法下货车模型的振动模态特征和临界速度均与实际接近。据此方法,计算266组不同斜楔参数下车体垂向及纵向加速度响应;并利用遗传算法优化的BP神经网络,建立斜楔参数与车体加速度的关系模型。以此为基础,运用遗传算法寻找使车体加速度最小的斜楔参数。通过建立的货车模型,验证与原始参数相比,优化参数下车身垂向和纵向加速度均有所下降,提升了转向架的减振性能;货车的脱轨系数与轮重减载率也有所下降,提升了货车的运行性能,表明该优化方法对斜楔理论设计有一定的指导作用。

摘要：可动部件是微机电系统(MEMS)工作的关键,微桥作为主要的可动部件,其动力学特性引起了研究人员的广泛关注.即使是设计精准的微桥结构,也会因为残余应力而不可避免地改变初始形态,设计缓冲结构是减少残余应力影响的重要方法.基于欧拉-伯努利梁理论建立的微桥动力学模型,采用多尺度方法进行摄动分析,探讨初始形态、基板与极板间隙、直流偏置电压和交流激励电压幅值对系统共振频率和幅频响应的影响规律.结果表明:初始挠形、直流偏置电压和交流激励电压都具有软化效应,使共振频率漂移到较小的数值范围,且随着拱高增加或基板与极板间隙减小,软化效应增强,随着微拱曲率增大,软化效应减弱;缓冲结构可以削弱软化效应,缓冲结构的褶皱数量在2个以上时削弱效果变化不大,双侧翘曲缓冲结构削弱软化效应的能力强于单侧翘曲缓冲结构.

摘要：利用达朗伯原理建立了斜拉索风雨振连续体理论模型,实现了比截断模型能更好地体现连续体斜拉索完整的动力学特性.利用奇异性理论,对系统关于Z2对称的余维一分岔问题进行了分析,建立了分岔参数与物理参数的对应关系,得到了转迁集和分岔图,同时对平衡点附近的稳定性进行了讨论.从而有利于进一步开展斜拉索风雨振分岔行为的分析,为斜拉索桥的抗风雨振设计提供理论依据,便于拓展和应用到实际工程中.

摘要：利用数值方法分析了有预荷载情况下具有不对称间隙的气动弹性非线性与结构非线性耦合的二元机翼颤振问题的动力学响应,研究了当速度比U*/UL*从零逐渐增大到1时系统的全局演化规律,分析了频率比ω、机翼质量密度比μ、预荷载M0、初偏值αf、间隙δ及初始条件等参数对颤振临界点的影响,发现在有预荷载的不对称分段线性系统中不存在混沌运动形式,而且系统幅值的变化规律不受初值条件的影响,并根据引起俯仰幅值变化的敏感参数,提出几种控制和减小颤振的方法,可用于指导飞机的飞行结构设计及飞机结构的日常维护。

摘要：将柔性薄膜和磁铁弹簧相结合,借助振子的阱间运动特性,创新性地设计了一类具有双稳态形式的电磁式振动能量采集器。对系统中的主要非线性因素(具有中心质量的薄膜振子大变形以及非线性形式的磁场力)进行了全面的分析,进而结合虚功原理建立了系统的振动控制方程。采用理论、数值模拟和实验等手段进行了动力学分析,证明了控制方程的准确性,也验证了双稳态所表征的阱间运动能够有效地拓宽结构的工作带宽、提高输出功率。研究结果对于类似柔性体结构多稳态能量采集器的设计、优化,理论分析都提供了可供借鉴的参考依据。

摘要：利用含有参数的可逆线性变换和近恒同非线性变换,得到一类机电耦合非线性系统的最简规范形。进一步,得到了该系统的普适开折以及开折参数与原系统参数之间的关系。讨论了该系统的余维2分岔,揭示了各参数对机电耦合系统动力学行为的影响,对系统的参数设计、稳定运行和故障诊断提供了理论依据。给出了该机电耦合系统的数值仿真结果,验证了理论分析结果。

摘要：斜楔减振器是三大件转向架极其重要的元件,斜楔提供的各向等效刚度对货车的动力学性能及减振性能有重要影响。为了分析斜楔等效刚度作用,根据力学原理对斜楔进行准静态分析,研究摇枕、侧架和斜楔三者的受力情况及位移关系,得出斜楔提供的垂向刚度、横向刚度、纵向刚度以及抗菱刚度的解析表达式。运用Abaqus有限元软件建立转K6转向架模型,模拟转K6转向架垂向、横向、纵向及抗菱变形的运动过程,通过与仿真数据对比,验证斜楔各向等效刚度解析表达式的准确性。在此模型的基础上,对斜楔自锁情况进行分析,推导出转向架斜楔设计时的参数选择范围,避免斜楔发生自锁。同时根据C70E货车参数,在Simpack动力学软件中建立包含转K6转向架的C70E货车多体动力学模型,分别计算输入斜楔各等效刚度及未输入斜楔各等效刚度时C70E货车多体动力学模型的非线性临界速度。研究结果表明:输入斜楔各等效刚度后的C70E货车多体动力学模型的临界速度为135 km/h,与实际的临界速度更接近。该结果揭示了斜楔等效刚度会对货车临界速度及运行情况产生较大的影响,不考虑斜楔的等效刚度作用会使货车仿真模型的动力学性能与实际情况产生较大偏差,同时进一步验证了斜楔等效刚度计算方法的准确性与科学性。