轴向运动铁磁弹性梁的双向参数振动

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轴向运动梁类构件在土木工程、航天工程、传输工程等领域有着广泛的应用。实际工程中,这类构件经常处于力、电、磁等复合场环境中,由于场与场之间的相互耦合效应,会使轴向运动体系发生复杂的振动行为。因此,轴向运动体系在多场耦合效应下的动力学行为成为学者们重要的研究课题。系统内的参数周期性变化,会引起参数激励,发生参数振动,从而出现激烈的共振现象。本文针对横向磁场中轴向运动铁磁弹性梁的双向参数振动问题进行研究。基于弹性力学基本理论,给出轴向运动铁磁梁的势能和动能表达式;依据经典电磁学理论,得到铁磁梁受到的电磁力和磁体力偶的表达式;再根据哈密顿变分原理,得到横向磁场中轴向运动铁磁梁的非线性磁弹性双向耦合振动方程。研究横向磁场中轴向变速运动铁磁梁的参数振动问题。在变速条件下,运用伽辽金积分法得到铁磁梁参数振动微分方程,通过坐标变换得到马蒂厄振动方程。运用弗洛凯理论和平均法,求解轴向变速运动铁磁梁的参数振动问题,得到系统的稳定性条件。通过算例,得到系统周期稳定图、不同参量变化的稳定图和振动响应图等,分析速度、磁感应强度以及轴向拉力等不同参量对系统稳定性的影响。研究横向磁场中轴向变速运动铁磁梁的主参数共振问题。应用伽辽金积分法得到变速条件下铁磁梁的磁弹性非线性参数振动微分方程,利用多尺度法得到轴向运动铁磁梁在主参数共振状态下的幅频响应方程组,并对其进行稳定性分析。通过算例,得到铁磁梁的幅频特性曲线、振幅-速度、振幅-磁感应强度等曲线,给出主参数共振系统稳定解的振动响应图和相图,并进行对比分析。研究变磁场环境中轴向运动铁磁弹性梁的主参数共振问题。应用分离变量法得到变磁场环境中铁磁梁的磁弹性非线性参数振动微分方程,将时间尺度引入振动方程并运用多尺度法,得到系统在主参数共振状态下的幅频响应方程组,并给出稳定性判别条件。通过数值计算,给出铁磁梁的幅频特性曲线以及系统振幅随参量变化的规律曲线图,讨论频率协调参数、磁感应强度、速度等参数变化对主参数共振特性的影响。
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