600 kN超大推力电磁振动试验台动圈结构的模态分析与优化

以600 kN超大推力电磁振动试验台的动圈结构为研究对象,采用有限元分析方法计算其振型及模态频率,尤其关注其1阶轴向模态并以之为指标进行结构优化。根据动圈实际工况,建立加筋动圈模型并定义动圈的支承约束刚度,完成动圈结构的模态分析。定义有效质量权重(Efficient Mass Percentage,EMP)概念,并用于提取1阶轴向共振频率,结果通过实验验证。最终利用动圈缩减模型消除模态分析过程中出现的对称模态和局部模态,通过各结构参数对1阶轴向共振频率的灵敏度分析,找出影响频率提高的关键部分。通过优化,动圈结构的1阶轴向共振频率有显著提升。     

用于微电池的压电悬臂梁电特性仿真

研究了一种带质量块的压电悬臂梁结构，利用压电薄膜的正压电效应将机械能转化成电能，可以用于振动能的收集。利用有限元分析软件ANSYS对结构进行建模，通过模态分析和谐波分析得到：悬臂梁在一阶模态时上下振动，形成恰当的工作状态；通过改变梁的各个几何参数和振动源的频率，得到了悬臂梁上下电极间峰值电压的变化情况；当振动源的频率为悬臂梁的一阶共振频率时，得到的峰值电压最大。     

空间范数在压电柔性结构振动控制中的应用研究

在空间范数定义的基础上,推导出了结构模态空间范数的计算公式。考虑压电柔性结构振动控制中作动器分布对结构建模与控制性能的影响,利用模态空间范数度量各个模态对结构动力响应的贡献,并对结构进行了模态选择与模型降阶。利用所建立的降阶模型,设计了一个对受外部干扰结构进行振动抑制的动态输出反馈]]>;     

基于有限元法的车身振动与噪声特性研究

针对某客车车型,介绍车身结构振动与噪声特性研究的有限元法,即模态分析和频率响应分析方法的具体实施过程。采用MSC-Nastran 2010软件,选用壳单元类型,按前后各一个吊耳的实际结构定义边界条件。模态分析的结果提示车身结构前10阶固有频率应避开发动机经常工作的频率,并可以判断有无局部模态产生及其发生的位置,确定位置后应予以刚度优化,以避免影响其车身NVH特性。通过有限元法的频率响应分析可获得在任何一个稳态激励下车身结构任意一点的位移、速度、加速度响应,判断是否存在局部共振现象,能够较早地预测结构动态设计不足的问题,以改善车身结构NVH特性。     

1200 MW级汽轮发电机定子绕组端部模态分析

以1 200 MW汽轮发电机定子绕组端部为研究对象,利用有限元方法计算其模态。采用正交各向异性材料建立复合材料大锥环模型,基于接触静力学分析确定定位支架与锥环之间的等效刚度,利用优化分析方法建立线棒-胶体结构的均匀化等效模型。综合各部件形成整体结构模型,完成模态分析计算并结合实验模态分析验证有限元模型。给出1阶模态频率对材料参数和几何参数的灵敏度,明确影响汽轮发电机定子端部模态的关键因素,为定子端部的结构设计提供指导意见。     

谐波减速器刚轮的模态优化设计

以XB-80-134H型谐波减速器的刚轮作为研究对象,运用有限元分析的方法,对其施加满足实际工况的约束,在计算机容量允许的情况下,选择精度更高的单元和划分更细的网格密度,计算出刚轮的模态频率以及模态振型.为了验证有限元法计算结果,又通过实地的振动试验,具体测出了刚轮的共振频率,验证了有限元计算结果的正确性.利用经过验证的有限元模型,在计算机上作结构改进仿真设计,以期找到提高刚轮共振频率的措施.通过多种方案比较,发现加大刚轮轴上凸台的半径,可以实现在不改动谐波减速器其他零件尺寸的前提下,提高刚轮的模态频率.     

基于刚柔耦合的重型汽车前组合灯振动控制

为解决某重型汽车前组合灯在发动机怠速时振幅过大的实际问题,建立前组合灯支架的有限元模型,通过模态分析发现其1阶振型与实车振型相似,1阶模态频率与发动机怠速时的激励频率相近。建立振动系统的刚柔耦合动力学模型,仿真结果验证在发动机怠速时的激励频率输入下振动系统在开始阶段发生近似拍振现象,而且1阶模态参与因子在系统振动中的贡献率最大。根据模态分析理论设计前组合灯辅助支架,使系统基频避开发动机怠速和常用转速时的激振频率,经过再次仿真分析和实车试验验证,系统振幅控制在合理的范围内。     

结构振动模态截断的能量判据

通过在结构状态响应向量空间中定义一个函数，并证明该函数数学实质为范数、物理意义为结构能量；建立了模态截断的能量判据，从理论上证明了该判据的收敛性；以高拱坝结构在地震荷载作用下的模态截断为例，计算结果表明：(1)由于能量判据为标量，因此计算收敛性易于实现；(2)由能量判据作出的模态截断能够提高结构振动分析的精度；(3)对于高拱坝，由于其频率密集，应取10阶以上乃至更多模态进行分析。     

基于不同残差的动态有限元模型修正的比较研究

基于模态试验结果的设计参数型动态有限元模型修正方法,较多地采用模态频率、反共振频率、模态振型以及振型相关系数等参数。分析了以上四种参数用于模型修正的优缺点,采用欧洲航空科技组织的基准模型- GARTEUR飞机模型,通过数值仿真对利用模态频率、模态频率加反共振频率、模态频率加振型以及模态频率加振型相关系数等不同残差的修正进行了比较研究。结果表明,模态频率与反共振频率是优选的两种参数。     

多维AR模型在桥梁模态脉动分析法中的应用

本文研究多维一阶AR模型在桥梁模态脉动测试分析法中的应用。文中首先介绍了结构模态分析的脉动测试法的基本原理。着重说明了在该法中应用多维AR模型的有关问题,包括采样间隔△,数据长度N的取值范围及其对分析结果的影响;对输入(地脉动)信号的要求以及实际应用步骤。最后以一座实际桥梁为例,利用实测结构脉动位移响应和速度响应建立的多维一阶自回归模型分析了该桥的自振频率、阻尼比和振型等模态参数。分析结果和有限元计算结果的对比说明了这种方法的实用性。     

轴流散热风机共振失效分析与优化设计

为研究某磁悬浮列车辅助变流器的轴流散热风机的失效问题,提出了一种基于现场测试、有限元仿真与代理模型的失效分析与优化设计方法。首先,通过振动路谱测试与模态仿真分析剖析了轴流散热风机的失效机理,确定了由安装结构刚度不足和转速下降引发的局部共振为风机失效的根本原因。然后,基于模态分析结果,设计了轴流散热风机安装网斜向筋局部加强改造方案,并采用加速度谱响应分析对改造后的风机进行了性能评估。接着,利用代理模型拟合了安装网加强结构特征参数与轴流散热风机振动响应特性之间的映射关系,并以避免共振、降低振动烈度和改造成本最低为优化目标,通过智能算法获得了最优改造方案。最后,通过振动性能评估试验和长寿命振动试验验证了最优改造方案的可行性。结果表明,最优改造方案能有效地解决轴流散热风机的局部共振问题,提高了其使用寿命。研究结果可为轴流散热风机的共振失效分析与优化设计提供参考,具有重要的工程实践价值。     

车削过程中工件模态时变特性的数值模拟

建立车削工件的力学模型及其弯曲振动的时变微分方程,指出车削过程中工件的自振频率及振型具有时变特性。利用ABAQUS软件对车削工件进行了有预应力的模态分析,得到了工件在不同车削长度时各阶模态的自振频率及振型。计算表明随着车削长度的增加,工件的一阶自振频率先增大后减少,一阶自振频率-车削长度曲线呈近似的抛物线分布。     

船艉结构动力吸振器的试验研究

本文运用模态子结构综合法进行结构动态计算和用实验模态分析法进行模型试验,对悬臂平板和结构模型的动力吸振器主要参数进行了比较系统的优化研究.并根据结构具有多模态的特点,针对结构的不同模态分别安装不同的动力吸振器,在比较宽的频率范围内取得了明显的吸振效果.     

空调管路系统的有限元分析及优化设计

针对设计好的空调管路系统振动较大问题,运用Hyper Mesh软件将设计好的空调管路模型划分成高质量的六面体网格。再将划分好的网格模型导入Ansys中进行模态分析,分析计算出前10阶的固有频率和振型。发现1阶固有频率在工作频率附近,分析该阶固有频率的振型并据此提出管路改进的设计方案,使空调管路系统固有频率远离工作频率,避免产生共振。最后对改进前后的结构进行实验对比,得到改进后的结构振幅减小90%的结果。实践表明在空调减振过程中应用Ansys等有限元技术辅助分析很好地提高了效率和准确性。     

电梯系统共振失效的灵敏度研究

以曳引式电梯为研究对象,考虑电梯曳引绳刚度具有时变特性,对电梯系统建立了8自由度耦合振动的动力学模型。在对系统进行模态分析的基础之上,以影响系统模态频率的动力参数作为随机变量,结合DOE试验方法与神经网络技术,得出系统随机变量与系统模态响应之间的显性函数关系式。依据动态结构系统的固有频率与激振频率差的的关系准则,定义了系统共振的失效模式,并对系统的随机变量进行了可靠性灵敏度分析。研究表明,绳头侧刚度和曳引机支撑刚度对频率共振影响最为明显,因此,在电梯系统设计中可以通过修改该动力参数达到有效降低共振的风险。同时,在实际工作中应该严格关注和监视该动力参数的变化,避免发生共振。     

随从力作用轴向运动叠层板的亚谐波共振

研究随从力作用轴向运动正交各向异性叠层板的亚谐波共振问题。基于给出的叠层板动能、势能、中面应变势能、轴向拉力引起的应变势能以及外力虚功,通过哈密顿原理导出叠层板的非线性振动方程。将非线性振动方程运用伽辽金积分法离散并进行无量纲化,推得关于时间变量的非线性振动微分方程组。应用多尺度法求解非线性方程组,分别得到前三阶模态稳态运动下1/3亚谐波共振幅频响应方程。最后通过算例分析,得到了振幅-调谐值特性变化曲线图、振幅-速度特性变化曲线图、振幅-激励幅值特性变化曲线图和激发共振双值解临界点曲线图。结果表明,共振幅值均是双值解,不同阶共振振幅有明显区别。     

水中弹性体的特征频率与声特性

对弹性壳体的特征频率与声散射、声辐射的谐振特性进行了对比研究。应用最小势能原理建立弹性体的有限元方程,并结合边界积分方程得到水中弹性体特征方程,采用Lanczos方法直接求解特征频率并进行固有振动模态分析。通过几种弹性壳体的特征频率与声特性的对比,验证了激励源频率在特征频率处会产生较强的谐振散射和谐振辐射,谐振对声特性影响的大小则与激励方式有关。具有附加结构的复杂线形长壳体的固有振动模态表明,低阶振动模态主要是主体部分径向和轴向振动,而附加结构对振动影响较小,但会使前几阶的特征频率偏移;高阶固有振动模态的主体和附加部分都产生形变,但主体的轴向振动是主要特征。     

压力机机身振动特性的模态分析

机身的振型和固有频率与其振动现象的发生有密切联系。为了改善冲压件的加工质量,提高模具的使用寿命和减小振动、避免共振,利用有限元软件ANSYS对JG21压力机机身的振动特性进行模态分析。得出表征机身振动特性的主要的5阶振型、固有频率以及相应的应变分布云图。通过分析其各阶振型的具体特点,总结在机身设计和压力机运行过程中以及分析方法方面应注意的问题。     

液压挖掘机动力系统振动分析与控制

针对某挖掘机主泵剧烈振动问题,应用拉格朗日方程建立动力系统的动力学模型,得到动力系统的刚体模态频率,通过分析排除刚体模态共振的可能。利用有限元方法,对比分析法兰厚度、主泵重心至法兰距离对动力系统结构模态频率的影响,对关键参数进行识别和优化。对优化前后主泵振动进行对比测试,发现振动有效值降幅达75.7%,验证了理论建模、分析及测试方法的正确性。