<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">omna</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Омский научный вестник</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Omsk Scientific Bulletin</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1813-8225</issn><issn pub-type="epub">2541-7541</issn><publisher><publisher-name>Омский государственный технический университет</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.25206/1813-8225-2023-187-15-22</article-id><article-id custom-type="edn" pub-id-type="custom">EHSGYX</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">omna-255</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МАШИНОСТРОЕНИЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MECHANICAL ENGINEERING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Исследование динамики механической системы с нелинейным упругим подвесом и спектральный анализ результатов</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Dynamics of a mechanical system with nonlinear elastic suspension and spectral analysis of the results</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Нехаев</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Nekhaev</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>НЕХАЕВ Виктор Алексеевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Теоретическая и прикладная механика»</p><p>г. Омск</p><p>AuthorID (РИНЦ): 394940</p></bio><bio xml:lang="en"><p>NEKHAEV Victor Alekseevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Theoretical and Applied Mechanics Department</p><p>Omsk</p><p>AuthorID (RSCI): 394940</p><p> </p></bio><email xlink:type="simple">nehaevVA@omgups.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Николаев</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Nikolaev</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>НИКОЛАЕВ Виктор Александрович, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Теоретическая и прикладная механика»</p><p>г. Омск</p><p>AuthorID (РИНЦ): 395978</p><p> </p></bio><bio xml:lang="en"><p>NIKOLAEV Victor Aleksandrovich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Theoretical and Applied Mechanics Department</p><p>Omsk</p><p>AuthorID (RSCI): 395978</p></bio><email xlink:type="simple">nikolaevVA@omgups.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Смалев</surname><given-names>А. Н.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Smalev</surname><given-names>A. N.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>СМАЛЕВ Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика»</p><p>г. Омск</p><p>AuthorID (РИНЦ): 651442</p></bio><bio xml:lang="en"><p>SMALEV Aleksandr Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Theoretical and Applied Mechanics Department</p><p>Omsk</p><p>AuthorID (RSCI): 651442</p></bio><email xlink:type="simple">SmalevAN@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Серяков</surname><given-names>К. О.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Seryakov</surname><given-names>K. O.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>СЕРЯКОВ Кирилл Олегович, аспирант кафедры «Теоретическая и прикладная механика»</p><p>г. Омск</p><p>AuthorID (РИНЦ): 1119026</p></bio><bio xml:lang="en"><p>SERYAKOV Kirill Olegovich, Graduate Student of Theoretical and Applied Mechanics Department</p><p>Omsk</p><p>AuthorID (RSCI): 1119026</p></bio><email xlink:type="simple">kirillseryakov@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru">Омский государственный университет путей сообщения<country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en">Omsk State Transport University<country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2023</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>30</day><month>09</month><year>2023</year></pub-date><volume>0</volume><issue>3</issue><fpage>15</fpage><lpage>22</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Нехаев В.А., Николаев В.А., Смалев А.Н., Серяков К.О., 2023</copyright-statement><copyright-year>2023</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Нехаев В.А., Николаев В.А., Смалев А.Н., Серяков К.О.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Nekhaev V.A., Nikolaev V.A., Smalev A.N., Seryakov K.O.</copyright-holder><license license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/255">https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/255</self-uri><abstract><p>Исследована динамика нелинейной механической системы при воздействии на нее кинематического возмущения. Исследуемая система виброизоляции объекта основана на применении принципа компенсации внешних возмуще- ний — введении в подвеску дополнительного упругого элемента с так называемой отрицательной жесткостью. В результате система виброизоляции защищаемого объекта описывается жесткой кубической силовой характеристикой. Обычно отыскивается приближенное решение на частоте внешнего возмущения, выполняя соответствующую гармоническую линеаризацию нелинейности. В результате получают, что собственная частота консервативной динамичской системы равна k01± μA  , где k0 — собственная частота консервативной системы при отсутствии нелинейности. И далее исследователь работает, считая динамическую систему линейной. К сожалению, не всегда можно так полагать. Поэтому авторами было выполнено численное моделирование механической системы, описываемой уравнением Дуффинга при кинематическом возбуждении.</p><p>Установлено, что в дорезонансной и резонансной областях общее решение должно состоять из трех составляющих: субгармоники порядка 1/3, основной гармоники и третьей гармоники. Отмечено, что в зарезонансной зоне важны только субгармоника порядка 1/3 и основная гармоника. Наиболее чувствительным параметром является ускорение защищаемого от вибрации объекта. Поэтому на спектральной мощности ускорения перемещения, кроме основной гармоники, различима и третья гармоника. Построенный численно модуль передаточной функции системы в абсолютном движении указывает на возможность скачка амплитуды, что ярко демонстрируется в лабораторных экспериментах.</p><p>Показано, что при исследовании динамики даже простых нелинейных механических систем нужно использовать как приближенные аналитические, так и численные методы, но в сочетании со спектральным анализом, поскольку традиционные методы нелинейной механики не приспособлены к решению задач с учетом сравнительно большого числа составляющих гармоник, появляющихся вследствие нелинейности.  </p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The article considers the dynamics of a nonlinear mechanical system under the action of a kinematic perturbation on it. The object's vibration isolation system is described by a rigid cubic power characteristic and is based on compensation of external perturbations — the introduction of an additional elastic element with negative stiffness into the suspension. Numerical modeling of the system is performed, the results of which are analyzed by the method of spectral analysis, based on the representation of the correlation function on a small time interval by a square polynomial.</p><p>As a result of the analysis, it is found that in the pre-resonant and resonant regions, the general solution should consist of three components: a subharmonic of the order of 1/3, the fundamental harmonic, and the third harmonic. It is noted that only the subharmonic of the order of 1/3 and the fundamental harmonic are important in the resonant zone.</p><p>It is also noted that even simple nonlinear mechanical systems in the study of dynamics should use approximate analytical and numerical methods in combination with spectral analysis, since traditional methods of nonlinear mechanics are not adapted to solving problems taking into account a relatively large number of harmonic components that appear due to nonlinearity.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>механическая система</kwd><kwd>жесткая кубическая силовая характеристика</kwd><kwd>уравнение Дуффинга</kwd><kwd>приближенные и аналитические методы</kwd><kwd>математическое моделирование</kwd><kwd>спектральная плотность (мощность)</kwd><kwd>субгармоники</kwd><kwd>третья гармоника</kwd><kwd>модуль передаточной функции</kwd><kwd>амплитудночастотная характеристика</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>mechanical system</kwd><kwd>rigid cubic force characteristic</kwd><kwd>Duffing equation</kwd><kwd>approximate analytical methods</kwd><kwd>mathematical modeling</kwd><kwd>spectral density (power)</kwd><kwd>subharmonics</kwd><kwd>frequency response</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Щипанов Г. В. Теория и методы построения автоматических регуляторов // Автоматика и телемеханика. 1939. № 1. С. 4–37.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shchipanov G. V. Teoriya i metody postroeniya avtomaticheskih regulyatorov [Theory and methods of construction of automatic regulators] // Avtomatika i telemekhanika. Automation and Telemechanics. 1939. No. 1. P. 4–37. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лузин Н. Н. К изучению матричной теории дифференциальных уравнений. // Автоматика и телемеханика. 1940. № 5. С. 4–66.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Luzin N. N. K izucheniyu matrichnoj teorii differencial'nyh uravnenij [To the study of the matrix theory of differential equations] // Avtomatika i telemekhanika. Automation and Telemechanics. 1940. No. 5. P. 4–66. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Петров Б. Н. О реализуемости условий инвариантности // Теория инвариантности и ее применение в автоматических системах: тр. 1-го Всесоюзн. совещания по теории инвариантности, состоявшегося в Киеве 16–20 окт. 1958 г. Москва: Изд-во АН СССР, 1959. С. 59–80.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Petrov B. N. O realizuyemosti usloviy invariantnosti [On the feasibility of invariance conditions] // Teoriya invariantnosti i yeye primeneniye v avtomaticheskikh sistemakh. The Theory of Invariance and its Application in Automatic Systems. Moscow, 1959. P. 59–80. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алабужев П. М., Гритчин А. А., Ким Л. И. [и др.]. Виброзащитные системы с квазинулевой жесткостью / под ред. К. М. Рагульскиса. Ленинград: Машиностроение, 1986. 100 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alabuzhev P. M., Gritchin A. A., Kim L. I. [et al.]. Vibrozashchitnyye sistemy s kvazinulevoy zhestkost′yu [Vibration protection systems with quasi-zero stiffness] / ed. by K. M. Ragul′skisa. Leningrad, 1986. 100 р. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Nekhaev V. A., Nikolaev V. A. Synthesis of invariant vibroprotection system (theory and practice) // Nonlinear vibration problems: proceedings of Twelve International Scientific Conference. Warszawa: DWH-Polish Sientific Publishers, 1993. Vol. 25. P. 224–236.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nekhaev V. A., Nikolaev V. A. Synthesis of invariant vibroprotection system (theory and practice) // Nonlinear vibration problems: proceedings of Twelve International Scientific Conference. Warszawa: DWH-Polish Sientific Publishers, 1993. Vol. 25. P. 224–236. (In Engl.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бурьян Ю. А., Сорокин В. Н., Галуза Ю. Ф., Поляков С. Н. Активная система виброизоляции с экстремальным регулятором // Вестник машиностроения. 2015. № 2. С. 37–40.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Buryan Y. A., Sorokin V. N., Galuza Y. F., Polyakov S. N. Aktivnaya sistema vibroizolyacii s ekstremal'nym regulyatorom [Active vibration isolation system with extreme control] // Vestnik mashinostroenie. Bulletin of Mechanical Engineering. 2015. No. 2. P. 37–40. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Нехаев В. А., Николаев В. А., Закерничная Н. В., Баглайчук С. В. Виброзащита человека-оператора на основе применения принципа регулирования по возмущению // Проблемы машиноведения: материалы II Междунар. науч.-техн. конф. / науч. ред. П. Д. Балакин. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 93–97. ISBN 978-5-8149-2600-5.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nekhaev V. A., Nikolaev V. A., Zakernichnaya N. V., Baglaichuk S. V. Vibrozashchita cheloveka-operatora na osnove primeneniya principa regulirovaniya po vozmushcheniyu [Vibration protection of a human operator based on the application of the principle of regulation by perturbation] // Problemy mashinovedeniya. Mechanical Science and Technology Update. Omsk, 2018. Р. 93–97. ISBN 978-5-8149-2600-5. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Николаев В. А., Нехаев В. А. Динамика системы с компенсирующей связью и релаксационным трением // Проблемы механики современных машин: материалы VII Междунар. науч. конф. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2018. Т. 1. Р. 274–277. ISBN 978-5-6041868-1-7.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nikolaev V. А., Nekhaev V. А. Dinamika sistemy s kompensiruyushchej svyaz'yu i relaksacionnym treniem [Dynamics system with compensating and oscillation damper with spring] // Problemy mekhaniki sovremennyh mashin. Issues on Modern Machines Mechanics. Ulan-Ude, 2018. Vol. 1. Р. 274–277. ISBN 978-5-6041868-1-7. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Рыбак Л. А., Синев А. В., Пашков А. И. Синтез активных систем виброизоляции на космических объектах. Москва: Янус-К, 1997. 159 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rybak L. A., Sinev A. V., Pashkov A. I. Sintez aktivnyh sistem vibroizolyacii na kosmicheskih ob"ektah [Synthesis of active vibration isolation systems on space objects]. Moscow, 1997. 159 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каннингхэм, В. Введение в теорию нелинейных систем (перевод с английского). Москва: Ленинград: Госэнергоиздат, 1962. 456 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Cunningham V. J. Introduction to nonlinear analysis. New York: McGraw-Hill Book Company, Inc., 1958. 349 p. (In Engl.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Крюков Б. И. Вынужденные колебания существенно нелинейных систем. Москва: Машиностроение, 1984. 216 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kryukov B. I. Vynuzhdennye kolebaniya sushchestvenno nelinejnyh sistem [Forced oscillations of essentially nonlinear systems]. Moscow, 1984. 216 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кузнецов Н. В. Теория скрытых колебаний и устойчивость систем управления // Известия РАН. Теория и системы управления. 2020. № 5. С. 5–27. DOI: 10.1134/S1064230720050093.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kuznetsov N. V. Theory of hidden oscillations and stability of control systems // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2020. Vol. 59, no. 5. P. 647–668. (In Engl.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бидерман В. Л. Прикладная теория механических колебаний / В. Л. Бидерман. – Москва: Высшая школа, 1972. – 416 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Biderman V. L. Prikladnaya teoriya mekhanicheskih kolebanij [Applied theory of mechanical vibrations]. Moscow, 1972. 416 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Каудерер Г. Нелинейная механика. Москва: Изд-во иностранной литературы, 1961. 778 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kauderer G. Nelinejnaya mekhanika [Nonlinear mechanics]. Moscow, 1961. 778 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Коловский М. З. Нелинейная теория виброзащитных систем. Москва: Наука, 1966. 320 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kolovsky M. Z. Nelinejnaya teoriya vibrozashchitnyh sistem [Nonlinear theory of vibration protection systems]. Moscow, 1966. 320 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Магнус К. Колебания: Введение в исследование колебательных систем. Москва: Мир, 1982. 304 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Magnus K. Kolebaniya: Vvedenie v issledovanie kolebatel'nyh sistem [Introduction to the study of oscillatory systems]. Moscow, 1982. 304 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Неймарк Ю. И. Математическое моделирование как наука и искусство. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ, 2010. 420 с. ISBN 978-5-91326-145-8.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Neumark Yu. I. Matematicheskoe modelirovanie kak nauka i iskusstvo [Mathematical modeling as science and art]. Nizhny Novgorod, 2010. 420 p. ISBN 978-5-91326-145-8 (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бендатт Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов / пер. с англ. Г. В. Матушевского, В. Е. Приваловского. Москва: Мир, 1971. 408 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bendatt Dzh., Pirsol A. Izmereniye i analiz sluchaynykh protsessov [Measurement and analysis of random processes] / trans. from Engl. G. V. Matushevskogo, V. E. Privalovskogo. Moscow, 1971. 408 p. (In Russ.).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
