一种面向平面多刚柔系统的冲击响应建模和计算方法

结合传递矩阵方法建模灵活和计算效率高的优点,提出了一种基于“传递矩阵”概念的多体系统冲击响应建模和计算方法。以受基础冲击的平面多刚柔系统为研究对象,采用Newmark-β法对元件的方程高阶项进行线性化,用模态方法处理柔体的变形,建立了一般刚体和典型刚体(刚性均质矩形板、带弹性支撑的刚性均质矩形薄板)、一般柔体和典型柔体(Euler-Bernouni梁)的冲击扩展传递矩阵,冲击激励包含平动和转动两种成分,给出了基于Newmark-β法的系统响应数值迭代求解算法程序。用一个工程实例,通过与有限元方法的对比,验证了方法的准确性,得出了转动冲击激励成分对总体响应的贡献不能忽略的结论。方法的研究对象虽然只是平面多刚柔系统,但很容易推广到三维的情况。     

一种基于频响因子的转子系统基础冲击响应计算方法

考查地震或水下非接触爆炸冲击下旋转机械的动态响应特性,一般从研究转子系统基础冲击响应出发。由于陀螺效应和转子-轴承的交互效应,转子系统运动方程系数矩阵呈非对称性,不能在模态坐标下解耦,无法利用常规模态叠加法求解,所以以往的研究一般采用数值积分如Newmark法等进行迭代求解,但数值积分法相对模态叠加法要耗费较多的计算资源。提出了一种复数域内转子系统冲击响应计算方法,无需坐标解耦但仍可以利用线性叠加法进行响应求解。首先将激励和响应傅立叶展开成复数形式,包括正向旋转项和反向旋转项,根据方程左右两边相同频率前系数相等的事实得到特征方程,将特征方程写成简单矩阵束的本征方程形式,求得矩阵束的本征值和本征向量,将本征向量正规化,进一步得到矩阵束的逆阵,将逆阵元素取名为“频响因子”,将逆阵与激励相乘即可得到频率响应幅值,将所有频率响应成分叠加即可得到系统响应。通过一个工程实例,比较了所提方法与数值积分方法的结果,比较分析表明,所提方法满足工程要求,可以作为转子系统基础冲击响应和瞬态响应计算的一种普适方法。     

刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法及应用研究

利用多体系统传递矩阵法建立了刚柔耦合多体系统的动力学模型,并且将冲量模型和碰撞接触模型与多体系统传递矩阵法结合,提出了基于传递矩阵法的刚柔耦合多体系统的冲击响应分析方法。根据柯西方程推导出系统中的柔性梁在冲击载荷作用下的冲击应力分布公式。以某型汽车起重机为例分析了在起吊过程中的冲击载荷特点,计算了该刚柔耦合多体系统的冲击响应及柔性梁的冲击应力分布规律,并与试验结果对比,证实了该方法的正确性。     

矩形脉冲激励下悬挂式弹簧系统冲击特性的研究

以悬挂式弹簧系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统非线性无量纲动力学方程,利用龙格—库塔法对系统冲击特性进行数值分析。以系统加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为反映系统在冲击作用下的响应指标,脉冲激励时间、系统悬挂角为变量,构建了系统的三维冲击谱。讨论了系统悬挂角以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,系统悬挂角、阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加阻尼可使系统加速度响应峰值明显降低。研究结论可为悬挂式弹簧减振系统的设计提供理论依据。     

船用齿轮箱系统抗冲击特性数值仿真

研究了船用齿轮箱系统抗冲击特性的分析方法。采用静力学、非线性接触有限元法计算某大型船用齿轮箱箱体、轮齿正常工况的等效静应力,在NX.NASTRAN的结果文件中提取各应力分量。建立齿轮箱系统的箱体-轴承-轴-齿轮耦合有限元模型,用DDAM法计算其在水下爆炸冲击产生的动应力。应用弹塑性力学知识,将相应单元的静、动应力的分量按照MISES准则重新合成,引入无量纲强度剩余系数,评估该齿轮箱系统的抗冲击性能。采用衰减正弦基波组合的时间历程对冲击谱进行匹配,模拟水下爆炸环境,用模态加速度法,得到齿轮箱系统的加速度瞬态响应特性。研究结果为船用齿轮箱的抗冲击性能评估提供了理论基础,同时为抗冲击设计及冲击隔离提供数据支撑。     

不平衡-碰摩-松动耦合故障的转子动力学建模与盲分离研究

建立了不平衡-碰摩-基础松动耦合故障的转子动力学模型。在模型中,轴承简化为线性弹簧,转子考虑为两端无约束的等截面自由欧拉梁,同时,建立了不平衡、碰摩和松动耦合转子动力学运动方程,运用模态截断法,利用数值积分方法获取转子系统的振动响应。显然,系统响应是多个耦合故障信号的混合,因此借助盲源分离方法进行了转子系统耦合故障信号分离研究,并运用ZT-3型多功能转子试验台进行了实验验证,仿真和实验结果表明了所建立故障动力学模型的正确性以及利用盲分离方法实施耦合故障分离的有效性     

某轿车排气系统振动分析

联合有限元软件与AVL-Excite软件,对某轿车排气系统进行模态与强迫振动分析。首先利用有限元软件对排气系统做自由模态分析,初步分析其吊耳点布置合理与否。然后利用有限元软件对排气系统进行自由度缩减,提取其质量矩阵、刚度矩阵、主节点自由度信息及模态信息,整合到内燃机-排气系统多体动力学模型中,对排气系统进行受迫振动分析,充分考虑其弹性变形与模态共振对振动响应的影响。得出排气系统任一点上的振动响应及排气管路长度上的振动传递率,考察其振动耦合特性;为排气系统的空间走向和结构设计提供强有力的依据。     

非线性系统响应功率谱密度的小波-Galerkin方法

发展了广义谐和小波在确定非线性系统随机动力响应中的应用。首先,利用周期广义谐和小波展开非线性动力微分方程,并考虑小波的联系系数后,可将动力微分方程转化为一组非线性代数方程。其次,利用Newton迭代法数值解答了非线性代数方程,得到了非线性动力响应的小波变换。最后,根据响应时变功率谱与各阶小波变换之间的关系,计算求得了非线性动力响应的功率谱密度。数值模拟显示了本文建议方法与Monte Carlo模拟之间的吻合程度。     

基于振动测试的非线性参数识别方法

研究了利用特殊的正弦扫频技术识别非线性参数的方法。该方法利用目前线性系统成熟的模态分析技术,并结合等效线性化理论,通过振动测试识别结构的非线性参数,可以建立一个更加准确的模型来反映非线性结构的动力学特性,从而提高模型的预测精度。该方法包括两部分：（1）常位移测试识别非线性刚度;（2）常速度测试识别非线性阻尼。常位移测试是在一次正弦扫频过程中,通过调整各频率下的激励力幅值使得位移响应的幅值为常数,获得一组频响函数,通过模态分析获得等效刚度;改变位移响应的幅值进行多次测试,获得多组等效刚度;对获得的一系列恒定位移响应下的等效刚度进行曲线拟合,即可获得所有线性和非线性刚度参数。常速度测试与其类似。以三自由度非线性系统为例,进行了常位移测试和     

斜拉桥主梁应变监测数据分析

基于健康监测系统的桥梁养护管理是保证其安全运营的重要科学手段,对监测数据进行分析以把握结构的特性和状态是一个必须的环节.结合东海大桥主航道斜拉桥健康监测的工程实践,用经验模态分解(EMD)法对结构健康监测系统实测的跨中应变数据进行了分析.首先将应变数据的动态响应成分和静态响应成分进行了分离.基于动态应变响应识别了结构模态频率,基于静态应变响应获得了过桥车辆数目的信息.结果表明,采用EMD方法可以实现对实测应变动静响应成分的分离,动静响应成分均具有较高的利用价值.     

基于后峰锯齿波冲击的瓦楞纸板包装系统研究

以瓦楞纸板平压本构模型为基础,利用在实验中得出的瓦楞纸板力学模型,建立了瓦楞纸板非线性缓冲包装系统的动力学方程;采用后峰锯齿波激励,建立了状态方程,并对非线性振动方程应用四阶龙格-库塔数值法求解,得到了不同阻尼系数的冲击谱和破损边界曲线及不同相对脉冲幅值的冲击谱和破损边界曲线;最后详细讨论了阻尼系数c、激励幅值U″m对冲击谱曲线和破损边界曲线的影响,为瓦楞纸板的选用提供了科学依据.     

半正弦脉冲激励下斜支承系统易损件冲击特性

以考虑易损件的斜支承弹簧系统为研究对象,建立系统几何非线性动力学方程,利用龙格—库塔法对易损件冲击响应特性进行数值分析。以易损件加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为易损件在半正弦波脉冲激励作用下的响应指标,无量纲脉冲激励时间作为变量,构建易损件的冲击响应谱。通过数值分析讨论脉冲激励幅值、脉冲激励时间、系统支承角以及频率比等对易损件冲击响应的影响规律。研究表明,系统支撑角、频率比等对易损件冲击响应影响显著,增加频率比可使易损件加速度响应峰值明显降低,低频率比条件下增大质量比可抑制易损件加速度响应峰值。     

矩形脉冲激励下斜支承系统易损件的冲击特性研究

以考虑易损件的斜支承包装系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统无量纲非线性冲击动力学方程。 利用龙格-库塔数值分析方法求解冲击动力学方程,以易损件加速度响应峰值与脉冲激励幅值之比为易损件的响应指标,脉冲激励时间、系统频率比作为变量,构建了易损件的三维冲击谱。 分析讨论了系统支承角、脉冲激励幅值以及质量比等对冲击响应谱的影响规律。 研究表明:随脉冲激励幅值增加,或随系统支承角减小,易损件加速度响应峰值增加且波动加剧;系统响应对低频率比较为敏感,增加频率比可抑制易损件加速度响应峰值,低频率比时增加质量比可降低易损件加速度响应峰值。 研究结果可为斜支承包装系统的设计提供理论依据。     

斜支承系统包装物体的跌落破损边界研究

以斜支承系统为研究对象,建立系统无量纲跌落冲击动力学方程。应用龙格-库塔数值分析方法,以系统特征参数、无量纲跌落冲击速度以及支承角或阻尼比为基本评价量,构建系统的二维跌落破损边界曲线和三维跌落破损边界曲面,讨论系统阻尼比、系统支承角以及系统特征参数等对跌落破损边界的影响。研究表明,系统特征参数、无量纲跌落冲击速度以及系统阻尼比对破损边界影响显著,系统存在最佳阻尼匹配,当系统阻尼比接近最佳匹配值时,系统对产品具有良好的保护性能,降低系统的特征参数或减小系统支承角可改善对产品保护性能。研究结论可为斜支承系统设计提供理论依据。     

后峰锯齿脉冲激励下双曲正切包装系统的非线性动力学特性研究

建立了二自由度的双曲正切包装系统模型,并应用四阶龙格-库塔法对得到的冲击动力学方程进行数值求解,研究了其冲击响应特性。采用后峰锯齿脉冲作为激励,得到了关键部件的三维冲击谱,进一步讨论了频率比、脉冲激励幅值、包装材料阻尼和脉冲周期对关键部件冲击谱的影响规律。结果表明,频率比、脉冲激励幅值、包装材料阻尼和脉冲周期均对关键部件冲击响应峰值有显著影响。     

跌落工况下斜支承系统易损件的冲击特性

目的基于斜支承系统双自由度模型,研究系统易损件的跌落冲击特性。方法针对系统无量纲跌落冲击动力学方程,用龙格-库塔数值分析法获得易损件跌落冲击动力学响应,探讨系统支承角、频率比、跌落冲击初始速度、阻尼比等对易损件位移及加速度响应的影响规律。结果通过对易损件位移、加速度响应最值影响因素的分析表明,减小支承角可增加易损件位移响应最值,降低其加速度响应最值,延长响应周期;随着频率比的增加,易损件位移和加速度响应的最值减小;随着初始速度的增加,易损件位移、加速度响应最值上升明显;对于加速度响应最值,系统阻尼比存在最佳值。结论为使斜支承系统获得理想的减振和抗跌落冲击性能,需综合考虑各相关参数。     

正交异性球壳在冲击载荷下的弹性波传播

本文以位移和转角为独立变量导出了正交各向异性弹性薄球壳的运动方程组。该方程组反映了横向剪切变形和转动惯性效应的影响。在此基础上用有限差分法计算了球壳在冲击载荷作用下的响应,与摩托车头盔受冲击试验结果吻合较好。本文的计算方法对于受冲击载荷的复合材料壳体设计具有工程应用价值。      

半正弦脉冲激励下斜支承包装系统冲击特性的研究

以斜支承包装系统为研究对象,建立了半正弦脉冲激励下系统的无量纲非线性冲击动力学方程,采用数值计算方法分析了系统加速度响应及冲击谱,探讨了无量纲脉冲激励幅值、无量纲脉冲激励时间、系统支承角以及阻尼对系统加速度响应及峰值的影响规律。研究表明:无量纲脉冲激励幅值、无量纲脉冲激励周期、系统支承角及阻尼等对系统响应峰值影响显著。     

两自由度强滞后非线性系统梯形脉冲的冲击研究

建立了两自由度的滞后非线性包装缓冲模型,得到系统的振动方程,经过一系列变换得到振动微分方程的状态变量,运用四阶变步长Runge—Kutta方法,算出此非线性系统在梯形脉冲冲击下的冲击响应谱,得出质量比β1、刚度比β2对冲击谱曲面的影响。冲击谱曲面能全面反映包装系统在不同无量纲冲击时间τ0作用下的影响规律。