摩擦自激振動系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特征與分岔控制研究.pdf

1、摩擦自激振動現(xiàn)象廣泛存在于工程領(lǐng)域和日常生活中，由其引起的機(jī)械部件的磨損、表面的破壞、疲勞破壞和產(chǎn)生噪聲，對工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活環(huán)境造成了不小的影響，越來越引起人們的重視。目前摩擦自激振動等滯后非光滑動力學(xué)機(jī)理還未被深入認(rèn)識，關(guān)于自激振動的理論研究缺乏系統(tǒng)性，難以總結(jié)參數(shù)影響的規(guī)律，工程實際情況中常見的參數(shù)非定常性、多自由度內(nèi)共振等影響因素往往被忽略。另外，針對摩擦自激振動的非線性主動控制策略研究還剛剛開始。本文以機(jī)械系統(tǒng)中的摩擦自激振

2、動為研究對象，對摩擦自激振動系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特性和分岔控制進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，主要工作及創(chuàng)造性成果如下：
　　 通過對機(jī)床摩擦顫振、鉆桿顫振、汽車驅(qū)動系統(tǒng)顫振和制動系統(tǒng)嘯叫等摩擦自激振動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性研究，建立了一類具有代表性的雙質(zhì)體—傳輸帶摩擦自激系統(tǒng)動力學(xué)模型。為深入探討摩擦自激振動的非線性動力學(xué)機(jī)理及摩擦自激振動的分岔控制等研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 利用李亞普諾夫理論對摩擦自激振動系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，求出系統(tǒng)運(yùn)

3、動的平衡點，對平衡點穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，確定系統(tǒng)的臨界失穩(wěn)速度。利用平均法求得摩擦自激振動系統(tǒng)的近似解析定常解。分析可知隨著傳輸帶速度減小，系統(tǒng)靜平衡狀態(tài)失穩(wěn)，出現(xiàn)純滑動和粘滑形式的摩擦自激振動。分析系統(tǒng)參數(shù)變化與系統(tǒng)振動的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)正壓力比值的變化對自激振動有較大影響。
　　 考慮了內(nèi)共振因素對摩擦自激振動的影響，利用數(shù)值方法分析非內(nèi)共振、1:2內(nèi)共振和1:3內(nèi)共振三種情況下，摩擦自激振動系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特性。設(shè)計了摩擦自激振動

4、實驗平臺，并進(jìn)行實驗研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)共振狀態(tài)對摩擦自激系統(tǒng)的非線性動力學(xué)特性有重要影響。
　　 針對摩擦自激振動的非線性特點，提出Washout濾波器方法對摩擦自激振動進(jìn)行分岔控制?？刂圃谂R近分岔點處引入，通過Washout濾波器方法確定非線性控制器的線性增益，應(yīng)用規(guī)范型直接法計算其非線性增益，將系統(tǒng)亞臨界Hopf分岔控制為超臨界Hopf分岔，使受控系統(tǒng)的自激振動幅值大大降低。理論分析和數(shù)值仿真表明該控制方法的有效性。