摩擦自激振动系统的非线性动力学特征与分岔控制研究

发布时间：2020-06-13 14:41

【摘要】： 摩擦自激振动现象广泛存在于工程领域和日常生活中,由其引起的机械部件的磨损、表面的破坏、疲劳破坏和产生噪声,对工业生产和人们的生活环境造成了不小的影响,越来越引起人们的重视。目前摩擦自激振动等滞后非光滑动力学机理还未被深入认识,关于摩擦自激振动的理论研究缺乏系统性,难以总结参数影响的规律,工程实际情况中常见的参数非定常性、多自由度内共振等影响因素往往被忽略。另外,针对摩擦自激振动的非线性主动控制策略研究还刚刚开始。本文以机械系统中的摩擦自激振动为研究对象,对摩擦自激振动系统的非线性动力学特性和分岔控制进行了深入细致的研究,主要工作及创造性成果如下: 通过对机床摩擦颤振、钻杆颤振、汽车驱动系统颤振和制动系统啸叫等摩擦自激振动系统的结构特性研究,建立了一类具有代表性的双质体—传输带摩擦自激系统动力学模型。为深入探讨摩擦自激振动的非线性动力学机理及摩擦自激振动的分岔控制等研究奠定了基础。利用李亚普诺夫理论对摩擦自激振动系统的稳定性进行分析,求出系统运动的平衡点,对平衡点稳定性进行判断,确定系统的临界失稳速度。利用平均法求得摩擦自激振动系统的近似解析定常解。分析可知随着传输带速度减小,系统静平衡状态失稳,出现纯滑动和粘滑形式的摩擦自激振动。分析系统参数变化与系统振动的关系,发现正压力比值的变化对自激振动有较大影响。考虑了内共振因素对摩擦自激振动的影响,利用数值方法分析非内共振、1:2内共振和1:3内共振三种情况下,摩擦自激振动系统的非线性动力学特性。设计了摩擦自激振动实验平台,并进行实验研究。结果发现内共振状态对摩擦自激系统的非线性动力学特性有重要影响。针对摩擦自激振动的非线性特点,提出Washout滤波器方法对摩擦自激振动进行分岔控制。控制在临近分岔点处引入,通过Washout滤波器方法确定非线性控制器的线性增益,应用规范型直接法计算其非线性增益,将系统亚临界Hopf分岔控制为超临界Hopf分岔,使受控系统的自激振动幅值大大降低。理论分析和数值仿真表明该控制方法的有效性。研究开发了基于虚拟仪器技术的振动信号采集分析系统,实现了变步长随机共振和经验模式分解算法,增强了提取微弱振动信号特征和捕捉非稳定信号的能力,弥补了传统信号分析系统的不足。
【图文】：

关系曲线,自振系统,振幅,关系曲线

（a）（b）图 1-2 自振系统能量-振幅关系曲线擦是一种复杂、非线性、几乎无处不在的自然现象，在摩擦引起的振系统的工作因素，如刹车、弓弦乐器演奏、叶片减振阻尼器和结构，而更多的则会引起部件噪音、材料疲劳失效、过度磨损作业、控下降等问题。工程和日常生活中由摩擦引起的自激振动现象是非常密机床(例如磨床、坐标镗床、数控机床等) 的工作台、溜板等移动进给运动可能导致工作台的摩擦自激振动，即爬行，而高速度切削刀具或工件的摩擦自激振动，即切削颤振。摩擦自激振动破坏了机和连续性，使响应出现削顶、死区和突变等现象，降低跟踪精度，表面加工精度、表面粗糙度及定位度，甚至产生废品和事故[6-8]。汽由于设计问题可能导致产生强烈的颤振与啸叫现象。当前汽车广泛式制动器来实现停车和减速，如果制动器设计不合理、摩擦材料的况的改变，制动时就可能导致刹车片与制动盘（鼓）之间的摩擦自激

局部滑移,弹性变形,阶段,接触面

第二章摩擦理论及自激系统建模证明整体滑移模型在接触面正压力比较小的时候，是比较符合对于接触面正压力比较大且分布不均匀的时候，问题变得比较型就不能准确反映实际情况，需要发展一种新的模型，即局部移模型不同的是，局部滑移模型将摩擦面间的滑移分成如下三弹性变形阶段向力比较小的情况下，整个接触面还没有发生宏观滑移，但是弹性变形了，，如图 2-2(a)所示。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH117.1

【参考文献】