常数激励与简谐激励联合作用下Duffing系统的非线性振动

发布时间：2025-03-18 01:08

　　 以Duffing系统为研究对象,探讨常数激励与简谐激励联合作用下系统的骨架曲线及幅频响应特性,重点考察常数激励的影响。采用谐波平衡法求解该系统的振动方程,得到幅频响应关系,并给出了骨架曲线以及周期解的稳定性分析。采用幅频响应曲线和骨架曲线表征系统的基本动力学性质,讨论了常数激励和简谐激励幅值对系统幅频曲线性态和骨架曲线形态的影响。研究发现,系统振动响应中直流分量与谐波分量的振幅同步变化,但变化趋势相反。此外,两者骨架曲线的形态均是先向左微偏后转为向右弯曲,因此,在某些参数条件下,对应一个激励频率的周期解可能有5组,其中3组为稳定性, 2组为不稳定解。进一步通过增大常数激励发现其能够对该系统造成的"刚度增强"效应,但同时也会伴随着愈加显著的"刚度渐软"特性。相应地,对于特定的简谐激励幅值,随着常数激励的增大,系统的幅频曲线能够由纯硬特性转变为软硬特性共存,甚至纯软特性。但是,在大尺度下观察,常数激励对系统骨架曲线的影响主要表现在骨架曲线根部的形态上,即随着简谐激励幅值的增大,常数激励对系统共振频率的影响变弱,不同常数激励下的骨架曲线趋于一致。

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【部分图文】：

图3 大尺度下的骨架曲线对比

进一步探讨大振幅下骨架曲线的变化趋势,如图3所示。可见,随着振幅的增大,不同常数激励下的骨架曲线趋于一致,并且与无常数激励下的骨架曲线趋同,表明在大尺度下,常数激励对系统骨架曲线的影响主要表现在骨架曲线根部的形态上。因此,在简谐激励幅值进一步增大时,常数激励对系统共振频率的影响越....

图1 F0=0.45时系统的幅频响应曲线

图1给出了常数激励F0=0.45时系统的骨架曲线(如图1中点划线所示),以及简谐激励幅值分别取F1=0.002,F1=0.006,F1=0.010,F1=0.013和F1=0.020时系统的幅频响应曲线,其中实线表示稳定解,虚线表示不稳定解。图1(a)代表响应中的直流分量,图1(....

图2 F1=0.015时系统的幅频响应曲线

首先,由图2(b)可见,随着常数激励的增大,骨架曲线整体右移,表明系统的共振频率逐渐提高,体现了常数激励对系统造成的“刚度增强”效应。当常数激励较小时(见F0=0.25),骨架曲线向左微偏的幅度非常小,随着常数激励的增大,骨架曲线向左微偏的幅度越来越大,但随着振幅的增大,骨架曲线....

本文编号：4035756