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优化迭代步长的两种改进增量谐波平衡法

力学学报 2022年第5期54卷 1353-1363页

作者：黄建亮张兵许陈树辉中山大学应用力学与工程系广州510275

增量谐波平衡法(IHB法)是一个半解析半数值的方法,其最大优点是适合于强非线性系统振动的高精度求解.然而,IHB法与其他数值方法一样,也存在如何选择初值的问题,如初值选择不当,会存在不收敛的情况.针对这一问题,本文提出了两种基于优化... 详细信息

增量谐波平衡法(IHB法)是一个半解析半数值的方法,其最大优点是适合于强非线性系统振动的高精度求解.然而,IHB法与其他数值方法一样,也存在如何选择初值的问题,如初值选择不当,会存在不收敛的情况.针对这一问题,本文提出了两种基于优化算法的IHB法:一是结合回溯线搜索优化算法(BLS)的改进IHB法(GIHB1),用来调节IHB法的迭代步长,使得步长逐渐减小满足收敛条件;二是引入狗腿算法的思想并结合BLS算法的改进IHB法(GIHB2),在牛顿-拉弗森(Newton-Raphson)迭代中引入负梯度方向,并在狗腿算法中引入2个参数来调节BSL搜索方式用于调节迭代的方式,使迭代方向沿着较快的下降方向,从而减少迭代的步数,提升收敛的速度.最后,给出的两个算例表明两种改进IHB法在解决初值问题上的有效性.

关键词：非线性振动增量谐波平衡法初值问题回溯线搜索狗腿法

多频激励局部非线性系统响应求解的降维增量谐波平衡法

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振动工程学报 2015年第5期28卷 741-747页

作者：姚红良王重阳王帆闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

针对传统增量谐波平衡法求解多频激励局部非线性系统周期响应耗时太长的问题,提出了降维增量谐波平衡方法。首先通过谐波平衡理论分析了多频激励局部非线性系统响应中各自由度各次谐波的定量对比关系,并且根据该定量对比关系使系统的维... 详细信息

针对传统增量谐波平衡法求解多频激励局部非线性系统周期响应耗时太长的问题,提出了降维增量谐波平衡方法。首先通过谐波平衡理论分析了多频激励局部非线性系统响应中各自由度各次谐波的定量对比关系,并且根据该定量对比关系使系统的维数降至与非线性自由度个数相同;其次针对降维后的复数非线性系统推导了多频增量谐波平衡法,以及原系统各自由度各阶响应的还原方法;最后利用双频激励局部非线性悬臂梁系统进行了所提方法的精度和效率验证。结果表明:该方法的精度与传统方法一致,但是在局部非线性自由度较少时其效率远高于传统方法。

关键词：局部非线性周期响应多频激励增量谐波平衡法降维

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基于增量谐波平衡法的覆冰输电线舞动分析

振动工程学报 2012年第2期25卷 161-166页

作者：晏致涛张海峰李正良重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 云南省电力设计院云南昆明650051

覆冰输电线的舞动是一种非线性振动。应用增量谐波平衡法推导了覆冰输电线的有限元分析模型及运动平衡方程,并对舞动方程进行了求解。该方程具有非线性平方及立方刚度项、平方及立方粘滞阻尼项。把振动过程分解成为瞬态的持续增量振动过... 详细信息

覆冰输电线的舞动是一种非线性振动。应用增量谐波平衡法推导了覆冰输电线的有限元分析模型及运动平衡方程,并对舞动方程进行了求解。该方程具有非线性平方及立方刚度项、平方及立方粘滞阻尼项。把振动过程分解成为瞬态的持续增量振动过程,迭代求出舞动频率及振幅,求得方程解的表达式。结合实例分析了输电线舞动的极限环现象和谐波项数的取值问题,与时程积分方法分析结果比较表明吻合较好。对风速增量进行了参数分析推导,算例表明不同风速下覆冰输电线舞动频率与振幅是不同的,在某个临界风速处会发生舞动分岔。

关键词：输电线增量谐波平衡法舞动非线性振动覆冰

增量谐波平衡法在分段结构非线性气动弹性系统的求解

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科学技术与工程 2019年第3期19卷 247-254页

作者：倪迎鸽杨宇张伟中国飞机强度研究所智能结构与健康管理技术研究室西安710065 西北工业大学无人机特种技术重点实验室西安710072

将增量谐波平衡法推广至分段结构非线性气动弹性系统的周期响应分析中。对分段结构非线性气动弹性方程,推导其增量谐波平衡过程,研究了分段非性项的处理方法;实现了非线性气动弹性方程到线性化代数方程组的转化,可以为其他的分段非线性... 详细信息

将增量谐波平衡法推广至分段结构非线性气动弹性系统的周期响应分析中。对分段结构非线性气动弹性方程,推导其增量谐波平衡过程,研究了分段非性项的处理方法;实现了非线性气动弹性方程到线性化代数方程组的转化,可以为其他的分段非线性的处理提供思路。为了加快收敛过程,通过对数值解进行快速傅里叶变换,获得响应中的主导频率成分,避免了盲目地对系统解形式进行假设;最终可以快速地获得响应近似周期解。与数值结果进行对比,验证了求解方法的正确性;同时讨论了谐波项数对解的精度的影响以及间隙和刚度比对响应幅值的影响。基于增量谐波平衡法可以快速地获得分段结构非线性气动弹性系统的响应,拓展了增量谐波平衡法的应用范围。

关键词：增量谐波平衡法二元机翼气动弹性分段非线性

基于增量谐波平衡法的输流管道非线性振动分析(英文)

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船舶力学 2011年第12期15卷 1416-1428页

作者：孟丹陈亮青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 青岛理工大学建筑学院山东青岛266033 青岛理工大学建筑设计研究院山东青岛266033

考虑内、外流体的影响,利用Kane方法和拉格朗日应变理论建立了输流管道的二维非线性动力学模型。将动力学模型在平衡位置附近线性化,进行输流管道的线性稳定性分析。采用增量谐波平衡法求解包含三次非线性项动力学模型的稳态周期解。探... 详细信息

考虑内、外流体的影响,利用Kane方法和拉格朗日应变理论建立了输流管道的二维非线性动力学模型。将动力学模型在平衡位置附近线性化,进行输流管道的线性稳定性分析。采用增量谐波平衡法求解包含三次非线性项动力学模型的稳态周期解。探讨了不同参数影响下输流管道的非线性动力响应以及内流流速的大小对管道动力特性的影响。

关键词：非线性模型 Kane方法振动分析增量谐波平衡法

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基于增量谐波平衡法的齿轮系统非线性动力学

振动与冲击 2005年第3期24卷 40-42,95,i004页

作者：杨绍普申永军刘献栋石家庄铁道学院石家庄050043 北京航空航天大学北京100083

利用增量谐波平衡法研究了一类考虑时变啮合刚度和间隙的直齿轮副的非线性动力学,建立了这类模型的解的统一形式。同时研究了系统的分岔特性以及阻尼比、外激励幅值对系统幅频曲线的影响。利用本文结果可以得到任意精度的近似解,从而可... 详细信息

利用增量谐波平衡法研究了一类考虑时变啮合刚度和间隙的直齿轮副的非线性动力学,建立了这类模型的解的统一形式。同时研究了系统的分岔特性以及阻尼比、外激励幅值对系统幅频曲线的影响。利用本文结果可以得到任意精度的近似解,从而可以更好地分析和控制齿轮系统的动力学。最后,指出了其它文献中未注意到的问题。

关键词：增量谐波平衡法非线性动力学齿轮系统时变啮合刚度直齿轮副统一形式分岔特性幅频曲线类模型阻尼比外激励近似解

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基于增量谐波平衡法的支承松动故障特性研究

机械强度 2015年第6期37卷 999-1004页

作者：曹青松向琴熊国良华东交通大学机电工程学院南昌330013

针对含支承松动的Jeffcott转子系统,考虑系统一端支承松动以及转子不平衡的外扰激励,建立带阶跃变化刚度的系统振动微分方程。采用增量谐波平衡法对非线性方程进行求解,结合迭代算法获得系统振动周期解。运用Floquet理论判定周期解的稳... 详细信息

针对含支承松动的Jeffcott转子系统,考虑系统一端支承松动以及转子不平衡的外扰激励,建立带阶跃变化刚度的系统振动微分方程。采用增量谐波平衡法对非线性方程进行求解,结合迭代算法获得系统振动周期解。运用Floquet理论判定周期解的稳定性。最后,通过实例仿真,得出系统响应的时域波形、幅值谱图、相图和Poincare截面图,分析带支承松动故障的转子系统复杂的运动特性,验证了增量谐波平衡法求解非线性系统的有效性,并为支承松动故障诊断提供理论依据。

关键词：支承松动增量谐波平衡法 Floquet理论故障特性

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多自由度强非线性颤振分析的增量谐波平衡法

应用数学和力学 2006年第7期27卷 833-838页

作者：蔡铭刘济科李军中山大学工学院广州510275 中山大学应用力学与工程系广州510275

对多个自由度上含有强非线性项系统的颤振问题,推广应用增量谐波平衡法进行分析.考虑带有强非线性立方平移和俯仰刚度项的二元机翼颤振方程,首先将方程用矩阵形式表示,然后把振动过程分解成为振动瞬态的持续增量过程,再采用振幅作为控... 详细信息

对多个自由度上含有强非线性项系统的颤振问题,推广应用增量谐波平衡法进行分析.考虑带有强非线性立方平移和俯仰刚度项的二元机翼颤振方程,首先将方程用矩阵形式表示,然后把振动过程分解成为振动瞬态的持续增量过程,再采用振幅作为控制参数应用谐波平衡法,以这种推广的增量谐波平衡法求得方程解的表达式,并由此分析系统的分岔现象、极限环颤振现象和谐波项数的取值问题,最后用龙格_库塔数值方法进行验算,结果表明:分析多个自由度的强非线性颤振,增量谐波平衡法是精确有效的.

关键词：强非线性颤振增量谐波平衡法分岔极限环

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

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机械科学与技术 2008年第8期27卷 1038-1042页

作者：鲍和云朱如鹏靳广虎朱自冰南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传... 详细信息

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。

关键词：星型齿轮传动非线性振动间隙增量谐波平衡法