机床电主轴多结构耦合损耗因子的试验研究

机床电主轴的精细化动力学建模是确保其高速高精且平稳运行的理论基础。电主轴结构复杂,而采用统计能量分析原理可以实现对复杂系统动力学模型的求解。针对统计能量分析研究模型中的关键参数,以耦合损耗因子为研究对象,建立了多结构的内损耗因子、总损耗因子、能量比及耦合损耗因子的试验理论模型;依据瞬态衰减法测试并通过数据处理获得了耦合子系统内损耗因子和总损耗因子,利用均值导纳法获取耦合子系统能量比,根据瞬态能量平衡方程计算了耦合损耗因子;通过与理论分析对比,验证了提出的瞬态激励试验实现耦合损耗因子的测量分析方法是正确的。该方法可实现快速高效的获取复杂动力学系统的耦合损耗因子。     

非保守耦合系统中耦合元损耗能量的分配关系

本文应用统计能量分析,研究了在非保守耦合系统中耦合元件损耗的能量在各耦合子系统中的分配关系;给出了各耦合子系统的等效内损耗因子和被激子系统的总损耗因子的计算公式;应用这些公式,可以将非保守耦合系统转化为保守耦合系统来研究,简化了研究问题的复杂性。     

基于统计能量法的变速箱振动特性研究

应用统计能量分析方法对变速箱结构进行高频振动特性的分析。通过有限元计算得到1/3倍频程频带内的模态数目,确定适合统计能量分析的频率范围。研究复杂结构等效质量的试验方法,测量得到两个子系统的等效质量、内损耗因子和耦合损耗因子。结合测量结果,在VA One中建立统计能量分析模型,计算得到随机激励力作用下的振动响应,并与试验测量结果进行对比,验证结果表明所建模型是正确且有效的。运用所建立的变速箱SEA模型计算在实际工作激励下的振动响应。结果表明统计能量分析方法可以有效地对复杂结构的高频振动特性进行分析。     

基于Hilbert变换的结构内损耗因子测试研究

统计能量分析法（SEA）被广泛用在中高频段预测复杂结构的振动和噪声传递，运用该方法解决实际问题的关键是获得每个子系统的模态密度、内损耗因子和耦合损耗因子，其中内损耗因子是表征子系统消耗能量能力的参数。为了测量结构在任意频率范围内的平均内损耗因子，运用Hilbert变换得到响应信号的包络线函数，得到各频段的衰减曲线，可以求得结构的平均内损耗因子。依据上述原理，采用瞬态衰减法测量一块钢板的内损耗因子，实验结果表明，测量结果与真实值一致性较好。     

基于有限元能量流模型的复杂耦合结构中低频段耦合损耗因子的计算

有限元能量流模型在随机宽带激励下,得到各子系统的空间及频域平均的能量,将其代入能量平衡方程,得到了柔性体之间的间接耦合损耗因子。与传统有限元模型计算耦合损耗因子的方法相比,该方法计算效率更高;与传统统计能量分析模型计算耦合损耗因子的方法相比,该方法计算精度更加可信。最后,该方法通过试验得到了验证。     

不可分离结构的损耗因子测量研究

提出对不可分离结构内损耗因子和耦合损耗因子的测量方法。对于内损耗因子测量，针对实际工程中子结构不可分离的问题，提出了用总损耗因子代替内损耗因子的方法。对于耦合损耗因子测量，利用已测得的内损耗因子结合稳态振动实验测得的能量可计算出结构间耦合损耗因子。同时分析了耦合损耗因子大小对总损耗因子代替内损耗因子差值的影响。仿真结果表明，当耦合损耗因子远小于内损耗因子时，内损耗因子和总损耗因子近似相等。对双圆柱壳耦合结构进行了实验验证，实验结果证明了该方法的正确性。     

经典参数在多结构耦合系统统计能量分析中的应用

直接和间接耦合损耗因子是用统计能量分析方法研究多结构耦合系统振动响应的关键参数，也是急待解决的问题之一。本文提出了用经典统计能量分析参数计算多结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子的方法。其优点是利用经典统计能量分析已取得的成果解决了多子结构耦合系统的问题。文中首先推导了经典的双子结构耦合系统的耦合损耗因子和结构参数的关系，然后研究了多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子与结构参数的关系，最后推导得到多子结构耦合系统的直接和间接耦合损耗因子和经典统计能量分析中的耦合损耗因子的关系。以三子结构耦合系统为例进行了实验测量，直接、间接耦合损耗因子和结构振动响应的实验测量值与理论预测结果吻合较好。     

缩减的统计能量方程及其特性研究

统计能量分析的物理子系统往往包含多个振型群（即统计能量子系统）,某些统计能量子系统不容易测量。提出一种缩减的统计能量分析方程,通过去掉不受激励的子系统,使余下子系统的能量方程依然符合标准形式。即若原始方程满足互易性原理,缩减后的方程也满足该特性;缩减过程无近似,计算精度很高,并通过计算实例验证了方法的有效性。这种不易测量子系统通常不受直接激励,应用该方法可以建立并求解含这类子系统的统计能量方程。     

基于区间摄动法的不确定结构高频动响应预示

统计能量分析是目前航空航天、汽车、船舶和核能等领域解决高频段振动及噪声问题的有效方法之一。考虑稳态统计能量分析模型中损耗因子和外载荷的不确定性,将带有测量误差的内损耗因子和耦合损耗因子等参数以区间变量形式表示。提出基于区间摄动方法的不确定结构高频段动响应预示方法,给出每个统计能量分析子系统总能量区间的计算步骤及方法,揭示损耗因子和外载荷测量误差对稳态响应预示结果的影响规律,通过对两块复合板结构的实验验证了理论的合理性和有效性。     

振动主动控制系统的统计能量分析

基于能量观点对振动主动控制系统进行了统计能量分析。首次推导出振动主动控制系统的统计能量关系式和耦合振子间耦合损耗因子的表达式,并通过实例研究了控制反馈系数对系统耦合损耗因子的影响,分析了阻尼对系统输入功率、子系统间传递功率流以及各子系统振动能量的影响。     

基于OKID的损耗因子辨识方法研究

提出了利用观测器/卡尔曼滤波辨识(OKID)方法辨识系统的最小阶功率流模型.首先直接由测量的输入功率和能量的时域数据辨识功率流系统的Markov参数,然后利用特征系统实现算法得到功率流模型的最小实现.同时对统计能量分析模型修正方法进行了改进,将初始模型子系统间的耦合信息作为附加约束条件,并根据约束最优化思想寻求初始损耗因子相对误差矩阵的最小范数解,进一步可得到辨识的损耗因子参数.通过5子系统结构的实例仿真分析,验证了OKID功率流模型辨识方法可行并具有很好的抗噪性能;与传统SEA模型修正算法相比,改进方法对初始SEA模型有更好的适应性,修正参数更好地保持了物理意义.研究的辨识方法可有效提高内损耗因子和耦合损耗因子的实验辨识精度,扩展实验SEA参数识别的工程应用范围.     

内嵌倾斜压电柱复合材料板的压电振动特性分析

针对1-3型内嵌倾斜压电柱复合板结构,建立压电复合板结构的有限元模型,并推导出变形关系和形函数;应用拉格朗日方程,建立了单元结构的运动方程。针对不同倾斜角度压电柱复合板进行有限元仿真分析,研究了复合压电板的正压电特性,并对复合压电板的能量损耗因子进行分析。研究结果表明：在相同压力下,压电柱的倾斜角度对复合板的弯曲模态频率影响较大。随着压电柱体倾斜角度的增大,模态频率降低,弯曲变形增大;同时,倾斜柱体棱长变长,产生电压增大。悬臂板在压力作用下,沿宽度方向产生反对称电势。在压电陶瓷柱的倾角达到57时,损耗因子达到最大。采用内嵌式倾斜压电柱复合板结构,降低了压电板的脆性,保证大尺寸压电板的结构均匀性和应用。     

梁与正交各向异性板弯曲波的传递特性研究

以正交各向异性板与各向同性梁耦合系统弹性波传递特性为研究对象,基于弯曲波传播的动力学分析,推导出子系统间的功率流传递系数(power flow transmission coefficient,PTC)和耦合边界处的耦合损耗因子(coupling loss factor,CLF)表达式。计算分析了内损耗因子、频率和方向角α等参数对传递系数的影响,并通过与有限元结果的对比验证了耦合模型的正确性,最后与各向同性板梁耦合结构进行了比较。模拟结果表明,当弯曲波入射时,方向角α对传递系数有明显影响,当方向角α为90°时传递系数最小。同时梁的内损耗因子对传递系数有明显影响,随着内损耗因子的增大,传递系数也越大。     

船舶机械设备联接处非保守耦合损耗因子的研究

联接部位传递力、能量和功率，也会把振动能量变成声和热耗散能量，非保守耦合损耗因子是表征这种耦合系统间能量传递特征的重要参数。运用统计能量分析方法分析联结部位的功率流及功率在该处的损耗和传递，建立结构总体SEA模型，根据结构功率平衡方程，推导出非保守耦合损耗因子的计算公式。文章基于这些，对一个实际机械设备联接部位计算例子，进行了仿真数值计算与分析，提出了一些有工程应用价值的结论。