平行导线间轴向运动导电梁的非线性磁弹性振动研究

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轴向运动结构广泛存在工程领域中,其在工程中的振动稳定性问题,影响着整个系统的安全可靠性,尤其是在电磁耦合多物理场的环境中,电磁结构模型在电磁场中产生的动力学现象引起了广大国内外学者的浓厚兴趣。所以研究轴向运动结构的磁弹性振动问题具有重要的理论意义。本论文主要对轴向运动导电梁处在平行导线产生的磁场环境中的非线性磁弹性振动问题进行分析。针对磁场环境中的轴向运动导电梁,根据弹性力学和电磁力学基本理论,考虑几何非线性因素,基于轴向运动梁的动能、应变能、外力虚功及电磁力虚功等关系式,运用哈密顿变分理论,推得轴向运动梁在磁场中的非线性磁弹性振动方程。研究轴向运动载流梁在两平行导线产生磁场中的主共振问题。将轴向运动梁的振动方程进行伽辽金积分并无量纲化处理。采用多尺度法进行解析求解,得到系统关于前两阶模态非线性方程的近似解析解以及主共振幅频响应方程。通过算例,得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数、载流电流密度、导线电流和位置的变化关系曲线图,分析了各相关物理和几何参数的改变对系统共振特征的影响。研究交流导线产生周期变化磁场中轴向运动载流梁的参数共振和主共振问题。应用伽辽金积分法,得到导电梁无量纲化的非线性参数-主共振微分方程。利用多尺度法,得到系统非线性参数振动状态方程。通过算例,得到了轴向运动载流梁共振幅值随调谐参数变化的幅频图、共振系统的动相平面轨迹图,以及在变化调谐参数下的时程图和相图,分析了不同参数的改变对系统的稳定性的影响。研究双组导线中不同载流条件下轴向运动导电梁的双向耦合振动问题。假设三阶位移模态函数,得到了四种载流情形下轴向运动载流梁的横向双向耦合振动微分方程。通过对方程进行数值求解,绘制了变化调谐参数、梁高度以及轴向速度的时程图、相图和庞加莱映射图,分析了不同参量对系统多模态双向振动下动力学特性的影响。
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