融合齿背接触机理的圆柱斜齿轮振动特性分析与双面修形优化研究

为了更合理地分析高速圆柱斜齿轮非线性振动特性、有效抑制齿面振动。通过考虑增/减速状态的轮齿承载接触模型,建立了考虑齿背接触特性的圆柱斜齿轮动态啮合刚度,得出齿面啮合刚度同时与啮合时间和齿面振动位移之间的耦合机理;进一步建立考虑齿面/齿背啮合刚度、线外啮合冲击激励的高转速圆柱斜齿轮传动系统非线性振动模型,并在此基础上展开同时计及齿面、齿背接触状态的双齿面减振修形优化研究。实例计算结果表明,计及齿背啮合刚度的振动加速度明显大于未考虑齿背啮合刚度的振动加速度,且系统表现出更加复杂的分叉特性;相较于标准齿面和单面修形,双面修形的圆柱斜齿轮具有最小的齿面振动加速度,且双面修形齿面在减缓圆柱齿轮振动的同时,也增大了系统可供稳定工作的转速区间范围,具有较好的工程实际应用价值,对提升系统稳定性设计有着积极的指导意义。     

考虑垂度影响的拉索-双粘滞阻尼器系统振动分析

随着斜拉索长度的不断增加,在索近梁端单点安装阻尼器已经难以满足拉索减振的需要。同时,已有研究表明索垂度会减弱索端阻尼器的减振效果。因此,针对超长斜拉索,考虑垂度的影响,分析了斜拉索上两处安装粘滞阻尼器(拉索-双粘滞阻尼器)系统的复模态特性。考虑实际中阻尼器一般安装于近索锚固端位置,推导出了该情况下系统模态阻尼比的近似解析表达式,进行了阻尼器参数对索阻尼的影响分析和优化。结果表明:对于双阻尼器系统,垂度仍对拉索对称振动模态的阻尼比有减弱效果,对反对称振动模态无影响;阻尼器对称安装于索两端时,即使考虑垂度索所获得的最优阻尼相比于安装单个阻尼器时可以提高至2倍,能有效解决单阻尼器提供阻尼不足的问题。双阻尼器同端布置相比于仅安离索端较远的阻尼器时,索单阶最优模态阻尼无提高,但对于同时抑制拉索高、低阶振动具有优势。     

磁流变阻尼器控制双跨转子轴系振动研究

针对大型旋转机械通过临界转速时振动过大问题,搭建双跨转子实验台,模拟试车过程。不改变转子轴系原有支撑形式,在两根轴上分别安装一台自主设计的磁流变阻尼器,实验研究阻尼器对轴系各跨转子振动影响规律。结果表明,阻尼器可有效抑制所在轴临界转速附近的振动,而对相邻轴无影响。据实验结果提出由开关控制双跨转子轴系通过两阶临界转速过程中的振动。结果表明,开关控制可在线抑制转子轴系通过临界转速时振动,避免轴系因振动过大被迫停机。     

基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法

通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。     

斜拉索杠杆质量减振器理论及模型试验研究

为解决斜拉桥跨度增大带来的拉索振动问题,采用杠杆质量减振器(LMD)对斜拉索进行减振。介绍了LMD的构造特性及作用机理,建立了斜拉索-LMD系统振动方程,推导了LMD等效阻尼力模型及LMD与斜拉索各阶模态质量比,并对斜拉索前15阶模态对数衰减率进行了理论计算及模型试验研究。研究结果表明：LMD由于惯性项、刚度项及阻尼项的三重反馈作用,同时由于杠杆的调节放大作用,其减振效果优于相同安装高度的粘性剪切型阻尼器(VSD)。LMD对桥梁景观影响较小、安装维护方便,可为千米级的斜拉桥拉索减振提供更可靠的解决方案。     

自供电MR阻尼器对斜拉索减振的试验研究

为简化磁流变(MR)阻尼器斜拉索减振系统,同时提高可靠性,基于电磁式振动能量回收技术构建了具有自供电特性的MR阻尼器斜拉索减振系统。其主要由分别安装在拉索较低、较高位置的电流调节式MR阻尼器、旋转式永磁发电机构成,采用链条-链轮机构进行斜拉索面内往复直线运动与电机转子旋转运动的转化,将电机回收的振动能量直接作为MR阻尼器的电源。模型斜拉索减振试验结果表明:相对外供电MR阻尼器最优被动控制,自供电MR阻尼器除斜拉索第1阶模态减振效果基本相当外,自供电MR阻尼器对斜拉索第2~4阶模态减振效果突出,相应的模态阻尼比分别提高了31.8%、37.4%与43.0%;随着斜拉索模态阶次的逐渐增大,自供电MR阻尼器的负刚度控制特性越加凸显,从而显著提高了自供电MR阻尼器对斜拉索高阶模态的减振效果。     

速度相关型耗能减振体系参数影响的复模量分析

利用复模量阻尼理论研究粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器与斜撑串联的复合阻尼元件对结构减振效果的参数影响及耗能减振体系反应分析的简化计算方法。首先,采用复模量方法对两类阻尼器与斜撑串联的复合元件阻尼特性进行了分析;然后确定了影响阻尼器减振效果的复模量参数,得到了耗能减振系统中阻尼器实际发挥作用的参数影响量化关系式;第三,建立了阻尼器与斜撑串联的复合元件等效模型,提出了速度相关型耗能减振体系反应分析的简化方法;最后,通过对单自由度耗能减振体系的地震反应进行数值计算,验证了简化分析方法具有良好的计算精度。     

圆柱斜齿轮齿面接触动应力计算与分析研究

为了有效计算动态工况下斜齿圆柱齿轮副的齿面接触应力,建立了考虑时变啮合刚度激励和啮入冲击激励的滚动轴承支撑的斜齿圆柱齿轮副啮合型弯-扭-轴耦合六自由度振动模型,通过其计算了齿面啮合动载荷。提出了综合考虑轮齿动载荷、齿间载荷分配系数以及齿面赫兹接触的斜齿圆柱齿轮齿面接触动应力计算方法,同时也利用Abaqus有限元软件动力学模块分析了齿面接触动应力。分别计算了800 N·m、1 200 N·m、1 600 N·m三种负载扭矩下的齿面接触动应力变化过程,基于承载接触分析法的最大接触应力与AGMA标准计算值最大相差为11.6%,基于Abaqus有限元法的最大接触应力与AGMA标准计算值最大相差13.8%,而两种方法的齿面接触动应力变化曲线最大偏差11.3%,从而证实了本文提出的斜齿圆柱齿轮齿面接触动应力计算方法合理有效。     

颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器的设计与实验

石化企业中缓冲罐、管道、压力容器及换热器等圆筒形设备普遍存在振动。采用低元化模型和等效质量辨识法,对调谐质量阻尼器在此类连续系统中的振动控制机理进行研究,设计一种便于安装的新型颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器。理论推导阻尼器环向对称布置弹簧的综合刚度,测量颗粒碰撞阻尼系数,得到了最优调谐参数的阻尼器。运用MATLAB对不同阻尼比的阻尼器减振特性进行仿真,并设计悬臂钢结构圆筒模型作为振动控制对象。对结构1阶模态频率附近的振动控制情况进行实验,对比有无颗粒阻尼下的减振效果差异。结果表明,设计的颗粒碰撞阻尼器能够有效抑制圆筒设备各方向振动,且减振频带大幅度拓宽。这种环形设计思想和颗粒碰撞阻尼可以对调谐质量阻尼器提供更大的应用空间。     

广东科学中心典型区域的风振响应及风振控制

以广东科学中心典型区域为研究对象,利用AR法模拟了该结构的脉动风速时程,进行不同风压、不同风向角下的风振响应分析,给出了采用非线性粘滞阻尼器的六种风振控制方案,并对不同方案的减振效果进行了对比研究。结果表明：所提减振方案对结构的风振反应具有很好的减振效果,结构顶点位移和加速度响应的最大降幅达18%和84.9%;对此类不规则大跨结构,建议将阻尼器安装在结构两侧以取得最好的减振效果;安装粘滞阻尼器对结构加速度的控制效果优于对结构侧移的控制效果。     

被动电磁阻尼器对斜拉索振动控制研究

斜拉索的有效减振技术,对斜拉桥的安全运营至关重要,开展了基于电磁阻尼器的拉索减振新技术研究。首先测试一种旋转式电磁阻尼器的电、力学性能,然后建立了电磁阻尼器-模型斜拉索减振试验平台,研究了阻尼器的安装高度及直线-旋转运动传动比对拉索减振效果的影响。试验结果表明,电磁阻尼器对试验拉索的前五阶面内振动模态均可以取得较好的控制效果,而且安装位置越高、传动比越大,控制效果越好。分析表明,优越的减振效果主要归功于电磁阻尼器减振系统兼具的黏滞阻尼与负刚度现象。     

卫星挠性附件用黏弹性阻尼器试验研究

用黏弹性阻尼器对卫星挠性附件进行仿真和实验分析与探讨。基于环形约束阻尼层减振原理,设计低频振 动抑制阻尼器,安装在挠性附件与星体之间,保证连接刚度并提供阻尼;建立挠性附件-阻尼器的有限元模型,通过模态 和频响分析获得不同阻尼参数对结构低频振动抑制影响规律;进行减振试验研究,结果表明,施加阻尼器后系统在1.4 Hz 处共振放大比降低30 %以上,阻尼器低频振动抑制效果良好。该结果对此类阻尼器的在轨应用提供工程设计 参考。     

粘滞阻尼器对地震、列车制动和运行作用下公铁两用斜拉桥振动控制效果分析

以一公铁两用斜拉桥为背景,首先利用非线性动力时程分析方法,基于结构地震反应进行粘滞阻尼器参数敏感性分析,选取粘滞阻尼器合理参数。在此基础上,研究了列车制动和运行作用下不同塔梁连接方式对结构动力响应的影响,探索了塔梁间设置粘滞阻尼器对抑制列车制动和运行引起梁体纵向振动的效果。结果表明:塔梁间设置粘滞阻尼器不仅能有效降低结构地震反应,还可以有效抑制列车制动及运行作用下斜拉桥主梁纵向振动及改善桥塔动力响应。     

基于颗粒阻尼的车轮声辐射特性分析

针对列车运行时由于轮轨的不平顺造成的车轮振动以及由振动产生辐射噪声的不足,本文利用颗粒阻尼附加质量小和宽频减振效果好的优点,在车轮踏面上设计了颗粒阻尼振动器来衰减和抑制车轮振动和辐射噪声,同时研究了两种不同激励载荷条件下的车轮声辐射特性。试验结果表明：相比于空轮以及空心阻尼环,颗粒阻尼器在宽频带内具有优良的振动抑制和降噪效果,其中在轴向和径向激励载荷下,安装颗粒阻尼器可以使车轮的振动大幅衰减,其中最大减振可达39dB,而噪声最大降噪为14.68dBA     

调频式钢轨阻尼器对剪切型减振器轨道动力特性的影响

为了探讨采用调频式钢轨阻尼器(TRD)整治剪切型减振器轨道结构区间异常钢轨波磨的可行性,在长25 m的轨道试验平台上采用锤击试验测试了安装TRD前后剪切型减振器轨道的结构动力特性。结果表明:安装TRD可以优化150~400 Hz频段内剪切型减振器轨道结构的频响特性与钢轨的竖向振动衰减率。一方面,TRD降低了此频段内的钢轨频响函数峰值,而该频段内的轮轨共振被认为是导致剪切型减振器轨道钢轨波磨产生的主要原因。另一方面,TRD使钢轨竖向振动衰减率提高了4倍~8倍,抑制了竖向振动沿钢轨纵向的传播;不仅如此,安装TRD后,钢轨的水平向振动衰减率大于原剪切型减振器轨道,即提高了轨道系统沿钢轨纵向对钢轨水平向振动的衰减能力,增强了对钢轨横向振动的约束,在一定程度上增加了轨道的横向稳定性。     

阻尼器对悬索桥双吊索减振效果的理论研究

多座悬索桥吊索发生大幅振动,需提出有效措施对其进行控制。采用理论分析方法,研究阻尼器对悬索桥吊索的减振效果。首先,考虑双索股吊索的面内振动,忽略吊索的弯曲刚度影响,推导了双索股之间安装阻尼器时的运动微分方程;然后,采用有限差分法,对吊索-阻尼器结构体系的运动微分方程进行数值求解,得到了该结构体系的振动频率、振型和阻尼比;以西堠门大桥的典型吊索为工程背景,研究了索股之间安装单个和多个阻尼器的动力特性变化规律。研究结果表明:在索股间安装阻尼器,不能提高索股同向振动模态的阻尼比,减振效果不佳;在吊索之间等间距安装多个阻尼器,且确保阻尼器阻尼系数较大时,可使两根索股成为整体,缩短单根索股的有效长度,提高单根索股的刚度,对抑制风致振动有利。不建议采取该方法进行吊索振动控制。从西堠门大桥的振动控制经验来看,在索股之间安装刚性分隔架能起到更好的控制效果。     

MR阻尼器在斜拉索被动控制中最优型号研究

以全索全时段振动响应的均方根(RMS)评价MR阻尼器对斜拉索的减振效果.计算结果表明MR阻尼器型号是影响斜拉索减振效果的最主要因素.斜拉索的减振效果在选用合适的MR阻尼器时达到最佳.本文进而研究了MR阻尼器的最优型号与阻尼器安装位置、施加的电压、斜拉索基频(张力、索长、质量)、激励荷载(类型、频率、幅值)等各种因素的关系,为MR阻尼器合理选型提供了优化设计的方法.     

混合修形斜齿轮转子系统振动特性分析

由于制造、安装误差和轮齿变形等因素,齿轮在啮合过程中难免产生振动、冲击和噪声,对斜齿轮齿廓进行适当修形可以有效改善啮合状态,提升传动的平稳性。基于轮齿承载接触分析理论提出含齿顶修形和齿向修形两种方式的斜齿轮混合修形方法,建立计算考虑混合修形的斜齿轮时变啮合刚度模型,并通过ANSYS验证了该模型的有效性;基于提出的模型分析了不同修形参数对时变啮合刚度的影响;在啮合特性模型的基础上建立斜齿轮副动力学模型,考虑混合修形齿轮副啮合刚度的时变性,分析不同修形方式及修形量对齿轮转子系统振动响应的影响。研究表明,齿顶修形不仅可以避免齿轮边缘接触,而且在特定的频段范围内可大幅减小齿轮转子系统的振动,并为斜齿轮副的修形优化设计提供了理论依据。     

含时滞反馈控制的直齿圆柱齿轮主共振分析

为了减小直齿圆柱齿轮系统由于外载荷波动和时变啮合刚度引起的振动,建立了直齿圆柱齿轮的时滞反馈减振动力学模型,并利用多尺度法对时滞反馈齿轮传动系统进行求解,获得了齿轮系统主共振频率响应方程,通过分析比较载荷波动、啮合刚度波动和时滞反馈控制参数对主共振的影响,可以得出:齿轮系统存在的载荷波动和啮合刚度波动都会导致齿轮系统主共振不稳定;合理匹配的时滞控制参数能够使主共振快速收敛到稳定解,反之可能导致系统振动加剧,使系统稳定性变差。     

框架-摇摆墙结构阻尼优化设计方法研究

摇摆墙体与主体框架之间存在较大的竖向变形,可于此变形集中部位增设耗能构件,实现保护主体结构的基本损伤机制。提出附加阻尼的框架-摇摆墙结构,并基于等效线性化理论初步计算结构仅附加单一类型阻尼器的阻尼置放量,而后通过定义目标函数,确定可使目标函数最小的同时附加粘滞阻尼与金属阻尼的阻尼器布置方式,得到结论如下:1于弯剪型结构,当仅考虑结构加速度控制时,可沿结构总高布置粘滞阻尼器,而需综合考虑结构楼层位移、加速度时及层间位移角时,可于结构2/3处下部安装金属阻尼器,与其上部1/3处安装粘滞阻尼器;2于剪切型结构,当仅考虑结构层间位移角时,可于结构楼层1/2处下部安装金属阻尼器,与其上部1/2处安装粘滞阻尼器,而需综合考虑结构楼层位移、加速度及层间位移角时,则可于结构1/3处下部安装金属阻尼器,与其上部2/3处安装粘滞阻尼器。