含干摩擦碰撞系统的动力学特性分析

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含干摩擦碰撞系统的研究对提升各类铁路运载列车运行的可靠性、稳定性和非光滑机械系统的设计优化等提供了有力的专业理论支持。本文结合各类铁路运载列车、机械系统的非光滑特性,建立了含干摩擦碰撞系统的力学模型并探索其动力学特性。含干摩擦碰撞系统总的来说是一类多维多参数系统,其中系统参数的微小变化可能会导致系统动力学特性质的变化。所以本文通过建立两类含干摩擦和对称间隙系统的力学模型,运用数值仿真法着重研究了上述两类系统在给定激振频率区域的动力学特性。接着逐个改变系统参数的取值来探究其对系统各类周期碰撞运动的分布区域、分布特点和相互之间转化规则的影响作用,最终为含干摩擦碰撞系统的参数综合优化设计提供专业理论根据。首先建立了单自由度含干摩擦和对称间隙碰撞系统的力学模型,为更接近实际系统中存在的摩擦力用Stribeck摩擦模型来表征,并通过数值仿真法对其动力学特性进行探究。分析发现了系统随激振频率ω的逐步减小,由高频区域的1-1-1运动经NeimarkSacker分岔转变为2-2-2运动,然后2-2-2运动通过鞍结分岔转化为1-2-1运动。1-2-1运动再经多次擦边分岔,当系统在左右两侧约束面的碰撞次数p和q足够大时就进入了颤碰运动状态。因为干摩擦的存在系统会出现部分含摩擦粘滞特性的周期碰撞运动和混沌运动窗口,所以会使系统呈现特殊的滑-粘-碰运动状态。当激振频率ω递增时,颤碰运动历经Rising分岔、鞍结分岔、逆周期倍化分岔等过程,碰撞次数逐次递减最终转迁为1-1-1运动。其次对比分析不同的系统参数对系统动力学特性的影响作用,发现各参数取值的改变对系统动力学特性的复杂性和周期碰撞运动的分布区域、分布特点有较为显著的影响作用。其中间隙值b对系统动力学特性的影响显著,影响主要体现在系统各类碰撞运动类型的分布区域、分布特点和转化规则。当间隙值逐步增大时,系统在所给激振频率区域内的碰撞运动类型逐渐减少且碰撞运动的区间向低频收缩,而高频区域出现了无碰撞的1-0-0运动。同样,系统随间隙值增大时摩擦粘滞运动窗口出现增多的趋势。说明间隙值对系统的摩擦粘滞特性影响较大。并且系统的质块冲击速度值也在随间隙b值的的增大而增大。最后研究了两自由度含干摩擦和对称间隙碰撞系统的周期碰撞运动的分布特点、分布区域以及各系统参数对其各类碰撞运动之间相互转化规则的影响作用。研究发现了两自由度含干摩擦碰撞系统与单自由度含干摩擦碰撞系统具有的各类周期碰撞运动的分布区域非常类似且各周期碰撞运动之间的转化规则也相差不大。但是因为两自由度含干摩擦碰撞系统中两质块的运动会相互作用、相互影响,所以两自由度系统在部分参数区域更容易出现动力学特性复杂的混沌运动。
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