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前沿研究分享——非线性、动力学与控制

3月前浏览4169

文一:

 

低雷诺数下两个串联方形圆柱体的流激振动:涡激振动、偏振和驰振之间的过渡


要点精读:


柔性安装气缸的流激振动(FIV),如涡激振动(VIV)、驰振和波浪诱导振动,因其在实际工程应用中的相关性而引起了越来越多的研究兴趣。除了物理实验和计算流体动力学(CFD)外,稳定性分析已被证明是揭示复杂物理过程背后物理的有力方法。


通过基于ROM的线性稳定性分析,可以更好地研究不同类型FIV的进化机制和起源。而探索基于ROM的线性稳定性分析是否也是一种有用的定量方法,以揭示两个灵活安装的串联方形圆柱体背后的物理原理,本研究对两个相同方形圆柱体的横流FIV进行了基于二维DNS和ROM的线性稳定性分析。


主要结论:


  • 根据两个方形圆柱体的振动响应,识别出不同的FIV具体类型。


  • 两个方形气缸随着折减速度和间距比不断变换下,在涡激振动、偏置振荡和颤振之间经历了多次振动转换。


 

图:双串联方柱FSI系统的稳定性分析。

 

图:两个串联方形圆柱体FSI系统的稳定性结果。

 

图:两个串联方形圆柱体在不同涡激振动处的涡度场。

 

图:两个串联方形圆柱体的DNS分析的时间响应。


文二:

 

外界振荡对阻塞气道粘液清除率影响的模型研究


要点精读:

渗透到个人体内的病毒和细菌制剂会导致各种呼吸系统疾病。这些呼吸系统疾病对个体的生活质量产生了负面影响。如果不及时采取必要的预防措施,它们也可能构成危及生命的风险。特别是由于近年来新冠肺炎大流行威胁到世界各地的所有人,该流行病引起的疾病对所有人都产生了影响。其中 特别关键的症状之一是分泌物的产生。


本文从工程角度阐明外部振动对粘液清除的影响。在这方面,通常在5-30Hz频率范围内工作的高频胸壁振荡装置的有效性。


主要结论:


  • 研究表明,三个方向的振动对气道中的分泌物清除有积极影响。这是由于非牛顿粘液粘液粘液表现出剪切稀化行为。此外,已经确定了影响流动的许多参数的存在。振动频率和振幅的增加对流量有积极影响,而功率指数的增加则对流量有消极影响


  • 在与所进行的研究相关的前瞻性研究中,可以调查外部振动对多相流系统的影响,该系统包括呼吸道中的空气、粘液和髂周粘液。通过精确确定材料特性,可以模拟振动影响下呼吸道的力学响应,从而可能确定最佳振动频率。


 

图:人体气管中气道壁层、纤维层、振荡和纤毛运动的横截面图(顶部)以及健康个体粘液层在笛卡尔坐标系中的运动(底部)。

 

图:原始(最顶部)和混乱失真的振动信号。


文三:

 

利用非线性能量阱对范德波尔振子极限环振荡的机械振动控制研究


要点精读:


极限环的振荡对各种工程领域都有很大的影响,这使得对其振幅的控制变得尤为迫切。极限环的振幅控制在理论和实际应用中都具有重要的研究价值。


目前,大部分工作主要集中在能量分析和非线性能量阱的实际应用上。本文从一个新的角度研究具有非线性能量阱(NES)的范德波尔(VDP)振荡器,即我们将揭示基于稳定性和分叉理论的减振机理。此外,还介绍了不同参数的影响和相应的减振效果。


主要结论:


  • 耦合非线性能量阱对极限环振荡的减振效果明显。耦合系统的支撑鲁棒性不仅取决于平衡点的稳定性,还取决于分岔结构。


  • 当自激强度在一定范围内时,由于原始系统的平衡点不稳定,振动被完全抑制,而具有NES的系统的平衡点将是稳定的。


  • 讨论了不同参数对减振效果的影响。研究发现,阻尼比对减振的影响最大。


 

图:VDP与NES耦合模型。

 

图:阻尼比对减振效果的影响。


文四:

 

运输直立细长柔性载荷的工业起重机动力学建模与振动控制


要点精读:


在多种应用中,使用直立位置承载细长柔性有效载荷的工业起重机。毫无疑问,由于电缆悬挂结构,移动起重机的命令会导致有效载荷摆动。此外,由于细长的柔性结构,直立有效载荷的弯曲振动也可能出现。因此,悬挂在电缆上的有效载荷的摆动也可能与细长物体的弯曲振动相互作用。相互作用引起的振动显然很复杂,破坏了整个悬索运输系统的效率和安全性。因此,应了解直立位置承载细长柔性有效载荷的工业起重机的动力学,并开发有效的振动控制方法。


本文推导了承载直立细长柔性有效载荷的工业起重机的动力学模型。模型中捕捉到了有效载荷摆动和有效载荷弯曲振动之间的相互作用。此外,还开发了一种新的控制方法来抑制有效载荷摆动-弯曲相互作用引起的耦合振动。理论和实验研究表明,建模和控制方法都是有效的。


主要结论:


  • 描述了垂直位置承载细长柔性有效载荷的工业起重机的动力学建模。所提出的模型捕捉了有效载荷摆动和有效载荷弯曲振动之间的相互作用。


  • 提出了一种估计耦合频率的方法。


  • 提出了一种新的控制方法,以减少有效载荷摆动和弯曲振动之间相互作用引起的耦合振荡。实验研究验证了动力学模型和控制方法的有效性。该方法被证明对大范围的建模误差具有鲁棒性。


 

图:承载直立杆的工业起重机的平面模型。

 

图:耦合频率与杆长的关系。

 

图:悬挂着一根直立细长杆的小车试验台。

 

图:各种小车位移的瞬态和残余振幅。


文五:

 

抑制交叉耦合电弧振荡行为的研究


要点精读:


弧焊技术因其成本效益、操作灵活性和广泛适用性而广泛应用于各个行业,包括汽车、船舶和航空航天领域。目前,人们越来越关注提高这项技术的效率。然而,关键问题源于熔化速率和热输入之间的耦合关系。同时提高焊丝的熔化率会增加热量输入,对成形精度产生不利影响,并导致应力集中。


理论上,交叉耦合电弧(CCA)焊接过程有可能在焊接过程中解耦传热传质,从而实现独立控制。然而,传统的CCA工艺通常使用低频交流电(AC)作为旁路电弧的输入热源,这可能会导致主电弧因旁路电弧极性的变化而振荡。这种电弧振荡会导致电弧之间的热分布不均,从而影响传热传质的解耦效果。当应用于增材制造时,可能会导致液滴位置不可控和成型精度降低等问题。


该研究提出利用高频可变极性旁路电弧来解决主电弧中遇到的振荡问题。通过高频变极旁路电流产生快速交变磁场,作用在主电弧上的洛伦兹力在磁场中迅速反转其方向。这有效地抑制了主电弧的摆动行为,实现了填充焊丝的熔化速度与工件的热输入之间的解耦。


主要结论:


  • 提高旁路电弧的变极性频率可以有效地抑制主电弧的振荡。主电弧的旁路变极性频率变化越大,抑制振荡的效果越好; 而且,无论旁路电弧电流如何增大,这种抑制效果都保持稳定。

  • 增加可变极性频率会在主电弧中引起高频振动。


 

图:CCA焊接示意图。

 

图:直流或低频交流变极性旁路电弧下主电弧中电子的运动轨迹。

 

图:测试系统结构图。

 

图:50Hz变极性旁路电弧下主电弧摆动角折线图:(a)50Hz变极率旁路电弧下10000帧内主电弧摆动角度的变化;(b) 在4000帧内,50Hz变极性旁路电弧下主电弧振荡角度的变化。

 

图:50Hz、5kHz、20kHz变极性旁路电弧下主电弧振荡角度的折线图。


来源:STEM与计算机方法
振动非线性多相流航空航天船舶汽车电子理论材料数字孪生控制试验人工智能
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-07-28
最近编辑:3月前
江野
博士 等春风得意,等时间嘉许。
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