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双拉簧扭摆转动惯量测量装置的研究 被引量:1
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作者 周鹏宇 李晗 +1 位作者 侯朴庚 翟阅臣 《物理通报》 2025年第5期98-101,共4页
设计了一种以两条直线拉簧作为驱动机构的扭摆法转动惯量测量装置.详细介绍和讨论了该装置的结构、原理以及使用方法,并利用该装置对圆盘形和圆环形刚体的转动惯量进行了实验测量.通过将刚体转动惯量的实验值和理论值进行比较,对该装置... 设计了一种以两条直线拉簧作为驱动机构的扭摆法转动惯量测量装置.详细介绍和讨论了该装置的结构、原理以及使用方法,并利用该装置对圆盘形和圆环形刚体的转动惯量进行了实验测量.通过将刚体转动惯量的实验值和理论值进行比较,对该装置的测量精度进行了评估. 展开更多
关键词 直线拉簧 扭摆 转动惯量 刚体
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多模式刚体转动惯量实验装置的设计与应用
2
作者 葛威锋 刘彩霞 +2 位作者 连佳辉 王佳琪 杨焙智 《物理实验》 2025年第3期25-30,共6页
为丰富大学物理力学实验内容,研制了多模式刚体转动惯量实验装置.采用同轴化、可拆卸式弹簧套筒结构,在1台装置上实现了落体法和扭摆法测量刚体转动惯量的实验方案.扭摆法模式直接测定了弹簧扭转常量,使实验流程更加直观.以标准的塑料... 为丰富大学物理力学实验内容,研制了多模式刚体转动惯量实验装置.采用同轴化、可拆卸式弹簧套筒结构,在1台装置上实现了落体法和扭摆法测量刚体转动惯量的实验方案.扭摆法模式直接测定了弹簧扭转常量,使实验流程更加直观.以标准的塑料圆柱作为待测物体,分别利用落体法和扭摆法测量其转动惯量大小,并与理论值对比,验证了实验装置的精度. 展开更多
关键词 转动惯量 落体法 扭摆法 弹簧扭转常量
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弹簧摆的内共振原理及其对输电塔的减震作用 被引量:11
3
作者 张鹏 李宏男 +1 位作者 田利 张卓群 《世界地震工程》 CSCD 北大核心 2016年第1期210-218,共9页
输电塔是重要的生命线工程,其在地震灾害下的正常运行对于经济安全和社会稳定具有重大意义。针对输电塔结构,提出利用弹簧摆的内共振特性实现非线性能量阱以减小地震响应。其基本原理是将原悬挂质量摆的的摆线改为弹簧,通过设计弹簧刚... 输电塔是重要的生命线工程,其在地震灾害下的正常运行对于经济安全和社会稳定具有重大意义。针对输电塔结构,提出利用弹簧摆的内共振特性实现非线性能量阱以减小地震响应。其基本原理是将原悬挂质量摆的的摆线改为弹簧,通过设计弹簧刚度使弹簧摆的振动和摆动模态相耦合,进而提高吸振能力。基于拉格朗日方程推导了弹簧摆的运动方程,验证了引发内共振的条件。以某输电塔为工程背景,输入多条实际地震动验证弹簧摆的控制效果。对比传统悬挂质量摆发现,弹簧摆吸振能力更强,减震效果更佳。通过改变地震输入幅值,讨论了地震强度对减震效果的影响。 展开更多
关键词 弹簧摆 内共振 悬挂质量摆 输电塔 振动控制 抗震性能
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内共振关系对弹簧摆动力学行为的影响 被引量:10
4
作者 李欣业 张华彪 +1 位作者 贺丽娟 张丽娟 《动力学与控制学报》 2011年第2期152-157,共6页
基于数值方法,以弹簧摆为对象,讨论了不同的内共振关系对一类平方、立方非线性系统动力学行为的影响.结果表明,对1:1内共振的情况,两个模态的振动均可能发生在偏离原来平衡位置的新的平衡位置附近,即出现平衡位置飘移的现象.能量可以从... 基于数值方法,以弹簧摆为对象,讨论了不同的内共振关系对一类平方、立方非线性系统动力学行为的影响.结果表明,对1:1内共振的情况,两个模态的振动均可能发生在偏离原来平衡位置的新的平衡位置附近,即出现平衡位置飘移的现象.能量可以从低阶(摆动)模态传递到高阶(呼吸)模态,但不能从高阶(呼吸)模态传递到低阶(摆动)模态.然而对1:3内共振的情况,这种能量在两个模态之间的传递却非常弱.从仿真结果来看,对1:1和1:3内共振的情况,等幅的周期解是稳定的;但对1:2内共振的情况,出现的是调幅的周期运动即拍振,且拍频与初始条件有关. 展开更多
关键词 弹簧摆 内共振 能量传递 稳定性
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刚柔耦合弹簧摆的复杂动力学行为 被引量:8
5
作者 于洪洁 张靖姝 洪嘉振 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第18期32-38,共7页
针对同时具有快慢变量的时变、强非线性刚柔耦合的多体系统,利用弹簧摆模型定性分析和数值模拟系统复杂的动力学行为。建立双时间尺度变量刚柔耦合弹簧摆的无量纲动力学方程,从能量守恒角度出发,比较、选择更适用于容易产生刚性问题的... 针对同时具有快慢变量的时变、强非线性刚柔耦合的多体系统,利用弹簧摆模型定性分析和数值模拟系统复杂的动力学行为。建立双时间尺度变量刚柔耦合弹簧摆的无量纲动力学方程,从能量守恒角度出发,比较、选择更适用于容易产生刚性问题的数值求解方法。将不同时间尺度变量之间的频率比和初值摆角作为控制参数,数值模拟分析弹簧摆在较大频率比和大摆角初始条件下,大范围摆动和小幅度振荡相耦合的复杂动力学行为,给出了一定范围内系统快慢变量呈现不同动力学性态所对应的参数域。结果表明,双时间尺度变量系统随着不同尺度变量之间频率比和初始条件的变化呈现出包括混沌的复杂动力学行为,尤其大摆角初值更容易导致快慢变量产生混沌行为,这为进一步刚柔耦合多体系统动力学行为的定性分析、数值仿真研究打下一个基础并提出参考和依据。 展开更多
关键词 弹簧摆 频率比 大范围摆角 混沌 刚柔耦合
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用于超低频振动能收集的压电弹簧摆结构设计与实现 被引量:8
6
作者 吴义鹏 周圣鹏 +1 位作者 裘进浩 季宏丽 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期750-756,共7页
低频振动能量在环境中普遍存在,如何高效收集却始终是一个难题。设计了一种基于普通金属夹的压电弹簧摆结构,由于摆动固有频率仅与软件仿真摆长和重力加速度有关,因此结构共振频率能够较好地匹配环境低频振源,进而高效地将其转化为电能... 低频振动能量在环境中普遍存在,如何高效收集却始终是一个难题。设计了一种基于普通金属夹的压电弹簧摆结构,由于摆动固有频率仅与软件仿真摆长和重力加速度有关,因此结构共振频率能够较好地匹配环境低频振源,进而高效地将其转化为电能。利用有限元仿真软件仿真并讨论了压电元件的优化布置方案,建立了结构动力学方程,最终搭建实验平台进行了理论验证,性能分析和能量收集器的自供电演示。实验结果表明,该压电弹簧摆结构在超低频条件下(2.03 Hz,0.26 g),回收功率能够达到13.29 mW,具有很高的低频振动能量收集性能。 展开更多
关键词 能量收集 弹簧摆 压电 超低频振动
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弹簧摆的混沌行为 被引量:12
7
作者 石玉仁 薛具奎 《西北师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2001年第3期91-97,共7页
对受迫阻尼弹簧摆系统的运动进行了分析 ,结合数值计算和理论分析判断了非线性方程的解的各种性质 ,即系统运动的各种状态 .结果表明 ,在系统参数的某个范围内 ,弹簧摆的运动状态呈现十分丰富的分岔、混沌等现象 .
关键词 弹簧摆 分岔 混沌 非线性方程
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基础位移作用下悬挂弹簧的非线性固有振动 被引量:14
8
作者 吴晓 罗佑新 +1 位作者 杨立军 孙逢春 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1041-1043,共3页
研究基础位移作用下悬挂弹簧的非线性固有振动问题.建立了基础位移作用下悬挂弹簧减振系统的非线性固有振动方程,采用L-P法推导出了悬挂弹簧非线性固有振动的近似解.通过算例分析可知:随着基础位移激励频率的增大,悬挂弹簧减振系统时程... 研究基础位移作用下悬挂弹簧的非线性固有振动问题.建立了基础位移作用下悬挂弹簧减振系统的非线性固有振动方程,采用L-P法推导出了悬挂弹簧非线性固有振动的近似解.通过算例分析可知:随着基础位移激励频率的增大,悬挂弹簧减振系统时程曲线的振幅、振动周期降低,而基础位移激励振幅、悬挂弹簧减振系统的倾斜角增大,悬挂弹簧减振系统时程曲线的振幅也增大.所以,悬挂弹簧几何非线性振动系统的减振效果优于弹簧垂安线性减振系统的减振效果. 展开更多
关键词 悬挂弹簧 几何非线性 减振系统 激励
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一类非线性振动系统改进状态空间模型及其数值方法 被引量:7
9
作者 王建平 刘宏昭 +1 位作者 原大宁 苏志霄 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期112-116,共5页
导出了一类非线性振动系统的改进状态空间模型 ,提出了相应的数值计算方法 ,并利用迭代法有效地提高了计算精度。该数值方法与传统的Houbolt、Wilson θ、Newmark β法以及连续线性化模型及其Taylor变换法[3,4 ] 相比 ,具有更高的求解... 导出了一类非线性振动系统的改进状态空间模型 ,提出了相应的数值计算方法 ,并利用迭代法有效地提高了计算精度。该数值方法与传统的Houbolt、Wilson θ、Newmark β法以及连续线性化模型及其Taylor变换法[3,4 ] 相比 ,具有更高的求解精度和效率。文末给出了非线性单摆、强迫Duffing方程、强迫VanDerPol方程以及两自由度非线性弹簧摆这几类典型非线性方程的数值计算结果 ,并与文献 [5~ 8]进行对比 ,进一步说明了该方法在计算精度和效率两方面的优越性。 展开更多
关键词 非线性振动系统 状态空间模型 数值方法 非线性单摆
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不同控制参数下的弹簧摆 被引量:20
10
作者 杨正波 夏清华 刘思平 《大学物理》 北大核心 2011年第5期23-26,42,共5页
通过拉格朗日方程得出弹簧摆系统的动力学方程,并以频率比作为控制参数,利用Matlab软件对不同控制参数和初始摆角下的弹簧摆进行了数值模拟,从而直观地研究了弹簧摆的运动.
关键词 弹簧摆 频率比:Matlab 数值模拟
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四足机器人跳跃步态控制方法 被引量:10
11
作者 孟健 李贻斌 李彬 《山东大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2015年第3期28-34,共7页
针对四足机器人的奔跑控制问题,提出一种基于跳跃(Bound)步态的奔跑控制方法,通过腿部的快速小幅度摆动实现四足机器人的Bound步态。使用有限状态机将机器人的一个运动周期分为6个阶段,其中前腿与后腿各3个阶段,触地缓冲阶段采用竖直弹... 针对四足机器人的奔跑控制问题,提出一种基于跳跃(Bound)步态的奔跑控制方法,通过腿部的快速小幅度摆动实现四足机器人的Bound步态。使用有限状态机将机器人的一个运动周期分为6个阶段,其中前腿与后腿各3个阶段,触地缓冲阶段采用竖直弹簧阻尼模型,蹬地阶段使用虚拟模型调整腿部对地推力方向,摆动相使用贝赛尔曲线规划足端轨迹。通过在动力学仿真软件中构建与液压驱动四足机器人SCalf-II同尺寸、同质量的虚拟样机对所提出的方法进行仿真验证与测试,结果表明机器人在5个周期后形成了有较强周期性的Bound步态,前进方向速度波动较小,各关节运动范围、速度、力矩均在SCalf-II设计指标之内,从而验证了该方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 四足机器人 跳跃步态 控制方法 弹簧负载倒立摆模型 弹簧阻尼模型 贝赛尔曲线
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弹簧摆内共振现象的实验研究 被引量:25
12
作者 司丽荣 张竞夫 《物理实验》 北大核心 2002年第3期9-12,共4页
用视频摄像和计算机技术从实验上研究了弹簧摆的内共振现象 .从系统的势能出发 ,讨论了弹簧摆的运动规律 .通过实时记录摆球的位置 ,得到了不同初始条件下 ,弹簧摆振动的位移曲线、能量曲线和摆球运动的轨迹 .
关键词 弹簧摆 内共振 视频信号 数据采集 实验研究 运动规律 非线性振动
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弹簧摆的内共振和混沌运动 被引量:14
13
作者 李银山 树学锋 《太原理工大学学报》 CAS 1998年第6期555-559,共5页
本文讨论二自由度Hamilton系统弹簧摆的运动。应用Melnikov方法判断Smale马蹄映射,并应用Poincare截面的数值计算证实混沌运动存在。
关键词 弹簧摆 内共振 浑沌运动 运动稳定性 哈密顿系统
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弹簧摆碰撞减震系统计算模型研究 被引量:6
14
作者 王奇 李宏男 张鹏 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期222-228,共7页
目的为了减小高柔结构在地震作用下的动力响应,提出了弹簧摆碰撞减震系统,以降低高柔结构在地震作用的动力响应.方法基于拉格朗日方程及HertzDamp碰撞模型推导了弹簧摆碰撞减震系统的运动方程;选取El Centro地震波验证了弹簧摆碰撞减震... 目的为了减小高柔结构在地震作用下的动力响应,提出了弹簧摆碰撞减震系统,以降低高柔结构在地震作用的动力响应.方法基于拉格朗日方程及HertzDamp碰撞模型推导了弹簧摆碰撞减震系统的运动方程;选取El Centro地震波验证了弹簧摆碰撞减震系统的减震效果;分析了地震强度对减震效果的影响.结果弹簧摆碰撞减震系统减震效果受地震强度影响,地震动烈度越大减震效果越好.在弹簧摆未与限位器发生碰撞时,阻尼器依靠弹簧振动与整体摆动的内共振现象增强吸震效果;在弹簧摆与限位器发生碰撞时,依靠撞击耗能来降低结构动力响应.在中震作用下,弹簧摆碰撞减震系统减震率为13%~19%.结论弹簧摆碰撞减震系统充分利用了弹簧摆的内共振现象及碰撞冲力做功耗能两种减震机理,减震效果良好,适用于超高层结构及高耸结构的振动控制. 展开更多
关键词 高耸结构 弹簧摆 Hertz-Damp碰撞模型 运动方程
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基础水平运动的弹簧摆的周期解与稳定性 被引量:5
15
作者 张利娟 张华彪 李欣业 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第24期165-179,共15页
针对基础水平运动的弹簧摆的非线性动力学响应进行研究,利用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.将离散傅里叶变换、谐波平衡法以及同伦延拓方法相结合,对系统的周期响应进行求解,避免了传统方法计算中使用泰勒展开引起的小振幅的限制... 针对基础水平运动的弹簧摆的非线性动力学响应进行研究,利用拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.将离散傅里叶变换、谐波平衡法以及同伦延拓方法相结合,对系统的周期响应进行求解,避免了传统方法计算中使用泰勒展开引起的小振幅的限制,与数值计算结果的对比表明该求解方法具有较高的精确度.利用Floquet理论分析了周期响应的稳定性,给出了基础运动振幅和频率对系统周期响应的影响.研究发现:对应某些基础频率和振幅,系统的周期响应可能发生Hopf分岔;利用数值计算研究了Hopf分岔后系统响应随基础频率和振幅的变化,发现系统出现了倍周期运动、拟周期运动和混沌等复杂的动力学行为.研究表明系统进入混沌的主要路径是拟周期环面破裂和阵发性. 展开更多
关键词 弹簧摆 基础水平运动 周期解 无泰勒展开
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弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器减震性能优化研究 被引量:7
16
作者 王奇 李宏男 张鹏 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期181-188,共8页
为了提高弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器(spring pendulum pounding tuned mass damper,SPPTMD)的减震性能,采用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对其关键参数进行了优化。推导了SPPTMD减震系统的运动方程,同时建立了系统的仿真... 为了提高弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器(spring pendulum pounding tuned mass damper,SPPTMD)的减震性能,采用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对其关键参数进行了优化。推导了SPPTMD减震系统的运动方程,同时建立了系统的仿真分析模型。选取阻尼器频率比、内共振系数和碰撞间隙为优化变量,以结构峰值响应最小为优化目标,编制了SPPTMD优化程序。对比了优化前后SPPTMD在不同场地上12条地震动作用下的减震效果。研究结果表明:SPPTMD的最优参数与场地类别相关;优化后阻尼器的减震性能有明显提高,其中,Ⅳ类场地优化效果最好。 展开更多
关键词 结构振动控制 弹簧摆碰撞调谐质量阻尼器 粒子群算法 非线性阻尼器 参数优化
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基于摄动理论的SLIP模型解析化研究及其运动控制 被引量:8
17
作者 李满天 于海涛 +2 位作者 郭伟 王鹏飞 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期689-696,共8页
弹簧负载倒立摆(spring loaded inverted pendulum,SLIP)模型动力学分析缺乏有效解析化处理手段,为此提出一种基于摄动理论的SLIP模型支撑相动力学近似解求解方法.建立了飞行相顶点高度的Poincare映射,从而获得了SLIP模型动力学完整的... 弹簧负载倒立摆(spring loaded inverted pendulum,SLIP)模型动力学分析缺乏有效解析化处理手段,为此提出一种基于摄动理论的SLIP模型支撑相动力学近似解求解方法.建立了飞行相顶点高度的Poincare映射,从而获得了SLIP模型动力学完整的解析化描述,通过误差分析验证了基于近似解析解的顶点高度预测值具有良好的数值逼近精度.在此基础上针对SLIP弹跳系统的运动控制,设计了基于Poincare逆映射的SLIP系统顶点高度无差拍控制器,并进行了阶跃期望轨迹跟踪实验.实验结果表明:本文所提出的算法具有快速跟踪期望轨迹的控制效果,同时可以有效抑制系统超调.此外,对质心水平速率实验曲线的分析证明算法在控制弹跳速率与高度间具有等效性,扩展了算法的应用范围. 展开更多
关键词 足式机器人 弹簧负载倒立摆 摄动理论 POINCARE映射 无差拍控制
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弹簧摆的内共振特性分析 被引量:13
18
作者 郑建龙 虞献文 《物理与工程》 2010年第2期13-16,共4页
首先提出了一种弹簧摆模型,通过谐波平衡法对弹簧摆的内共振现象进行了解析处理,得到了弹簧摆内共振条件以及X、Z两模态能量之间的转换关系.再利用数值模拟得到弹簧摆内共振时的时序图、相图、轨迹图、能量图以及内共振耦合区域图等,分... 首先提出了一种弹簧摆模型,通过谐波平衡法对弹簧摆的内共振现象进行了解析处理,得到了弹簧摆内共振条件以及X、Z两模态能量之间的转换关系.再利用数值模拟得到弹簧摆内共振时的时序图、相图、轨迹图、能量图以及内共振耦合区域图等,分析表明,解析和数值模拟的结果与实验结果吻合一致. 展开更多
关键词 弹簧摆 非线性振动 内共振 谐波平衡法
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非线性插值精细积分法在刚柔耦合弹簧摆中的应用 被引量:3
19
作者 张靖姝 于洪洁 洪嘉振 《力学季刊》 CSCD 北大核心 2013年第3期415-422,共8页
刚柔耦合多体系统变量的特点为既有大范围慢变量,又有小幅度快变量,它们相互耦合,构成时变强非线性的高维动力学方程。由于这一特点往往给系统的数值模拟带来困境,需要对这一特点进行更深入的数值分析。以双时间尺度变量弹簧摆作为研究... 刚柔耦合多体系统变量的特点为既有大范围慢变量,又有小幅度快变量,它们相互耦合,构成时变强非线性的高维动力学方程。由于这一特点往往给系统的数值模拟带来困境,需要对这一特点进行更深入的数值分析。以双时间尺度变量弹簧摆作为研究模型,采用一种三次Lagrange插值精细积分法进行数值计算,该方法是一个显式单步预测一校正的有效算法,能够自起步,且具有精度高、计算量小的特点。将该精细积分法与四阶Runge-Kutta法从能量守恒及计算结果准确度两方面进行比较,结果表明在计算系统快变量的响应时,精细积分法优于四阶Runge-Kutta法。对弹簧摆系统进行动力学行为分析,以大频率比及初始大摆角作为控制参数,研究系统的复杂动力学行为,给出了一定范围内不同动力学性态对应的参数域。 展开更多
关键词 弹簧摆 插值精细积分法 复杂动力学行为 双时间尺度 刚柔耦合系统
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时滞反馈控制对弹簧摆动力学行为的影响 被引量:1
20
作者 李欣业 管啸天 +1 位作者 张华彪 李金华 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第4期421-425,486,共5页
利用解析和数值方法,以弹簧摆为对象讨论了线性的时滞位移反馈控制对一类平方非线性系统动力学行为的影响。根据多尺度法得到了1:2内共振情况下一次近似解的慢变方程,基于此讨论了反馈控制参数对零解的稳定性和周期解振幅的影响。结果表... 利用解析和数值方法,以弹簧摆为对象讨论了线性的时滞位移反馈控制对一类平方非线性系统动力学行为的影响。根据多尺度法得到了1:2内共振情况下一次近似解的慢变方程,基于此讨论了反馈控制参数对零解的稳定性和周期解振幅的影响。结果表明:耦合的反馈项在平均方程中并不出现。根据罗斯-霍尔维茨判据发现,没有反馈控制时该系统的零解总是不稳定的,而通过调整反馈增益或反馈时滞就可以很容易地使零解稳定。反馈时滞对周期解振幅的影响呈现周期性,反馈增益或时滞发生变化时,周期解振幅的变化会表现出鞍结分岔现象;同时基于MATLAB软件的数值计算结果验证了该理论分析的正确性。 展开更多
关键词 弹簧摆 内共振 反馈控制 时滞 多尺度法
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