裂纹悬臂方薄板的振动辐射声场

为研究含穿透裂纹悬臂方板的振动辐射声场，根据有限元模态分析理论，提取了含人工斜向和十字形穿透裂纹的悬臂方薄板各单元的相关物理参数，同时将瑞利积分离散化，进而计算出裂纹悬臂方薄板辐射声场的空间分布，并通过实验测定了含裂纹悬臂方薄板辐射声场的功率谱。结果表明，斜向裂纹越长，二、四、六阶模态的频率降低越多，而一、三、五阶模态频率随斜向裂纹长度的增大表现为先增大再减小的规律；十字裂纹越长，各阶模态的频率降低越多。穿透裂纹的出现不仅使悬臂板的模态频率有明显的变化，而且声场在空间的分布特征也有显著的变化。     

FDM薄板振动特性的理论与实验研究

熔融沉积成型(FDM)是一种能够直接打印出具有复杂几何形状零件的快速成型技术.然而,FDM在振动性能方面很难与传统加工方式相媲美,需要对其进行更为实际的振动特性分析,为此首次提出FDM 3D打印薄板的振动特性理论建模方法.以悬臂边界条件下FDM薄板为研究对象,基于经典层合板理论,采用双向梁函数组合法表示振型函数,并通过Ritz法求解获得了复合薄板的固有特性;搭建了FDM 3D打印薄板的固有特性测试实验台,以获得薄板的模态振型和固有频率;计算与实验结果验证了理论计算方法的正确性和可靠性.     

基于面内充气筋的悬臂结构振动控制实验研究

提出一种基于充气加筋技术的振动半主动控制方法。充气筋易于折叠,其刚度随充气压力变化,为空间可展开柔性结构的振动控制提供了一种新的变结构控制手段。设计制作了2块板厚分别为5 mm和1 mm的柔性悬臂板作为被控主结构。针对每1个柔性悬臂板模型,分别设计制作了面内充气加筋装置,开展了相应的振动试验研究。试验结果验证了利用充气加筋方案进行柔性结构振动控制可行性。面内充气筋对悬臂板结构的高阶振动模态影响大于低阶模态,在附加刚度匹配适当的条件下,可有效抑制正弦激励所激发的高频模态振动,但难以抑制悬臂板结构受瞬态激励所激起的自由衰减振动。     

基于ADAMS的纵轴式掘进机模态分析

为了分析纵轴式掘进机的振动特性,利用ProE/ADAMS联合仿真方法建立了纵轴式掘进机整机多刚体动力学模型,采用ADAMS/vibration振动模块对掘进机整机进行模态分析,在PostProcessing中绘制各阶模态坐标图、二维和三维频响图,得到了前19阶整机动态响应特性和模态振型。分析表明,各阶模态下机器不会发生共振,但第6阶模态对模型振动影响较大,主要是机身带动回转台及履带机构振动;在0.8 Hz左右悬臂和伸缩油缸振动较明显,截割头、悬臂及伸缩油缸的振动在超过4.0 Hz后趋于稳定。在5.0 Hz左右,机身、回转油缸、履带振动明显。超过5.0 Hz以后,升降油缸以及履带机构的振动变得明显。所得结果为改进纵轴式掘进机设计、改善机器工作性能提供了依据。     

水中薄板振动和辐射声场特性

为了探究裂纹薄板在水中的振动和辐射特征,提出了一种置于无限大障板上的裂纹薄板水中振动频率以及辐射效率的简便计算方法。在假定薄板小振幅振动、水中模态挠度近似为真空模态挠度的条件下,利用瑞利积分得到了因流体压而引起的附加质量密度;进而应用瑞利方法得到了薄板水中振动频率与真空中振动频率、量纲一附加虚质量增量之间的关系;在真空中模态的有限元方法计算所得数据以及采用适当方法处理奇点积分的基础上,应用离散积分计算了量纲一附加虚质量增量的值;从真空中模态特征频率出发用迭代法计算,直到水中频率收敛为止,得到水中薄板的特征频率,并计算了薄板的模态辐射效率。     

压电悬臂板的非线性振动控制

针对柔性悬臂板结构弯曲和扭转模态振动的测量、控制问题,采用压电传感器和驱动器进行优化配置及非线性振动控制.首先,建立了粘贴分布式压电片的悬臂板有限元模型;其次,基于所建立的模型和一种能量耗散方法进行了压电驱动器/传感器的位置配置,实现了弯曲和扭转模态振动在检测及驱动上的解耦;最后,提出一种非线性控制算法,建立了压电悬臂板实验平台,通过实验进行弯曲和扭转模态振动控制的比较研究.结果表明,该非线性控制算法可以更快速地抑制振动,传感器/驱动器配置可以实现弯曲和扭转模态振动的测量及控制解耦.     

悬臂主轴的ANSYS模态分析

共振是机械结构使用不可回避但可以避免的问题。利用有限元软件ANSYS对设计的结构进行模态分析,将有效预估结构的振动特性,可以优化结构设计。论文以某装载设备的悬臂主轴为例,介绍了模态分析的原理、模态分析的方法,并给出了分析计算获得的悬臂主轴的固有频率和振型形式的结果。     

不同温度下带阻尼薄板件振动模态实验与仿真

为分析带阻尼薄板件在不同温度下的振动模态特性，使用改制的环境箱和激光测振技术对板件进行模态参数识别，实验分析温度对带阻尼薄板件的模态频率和模态阻尼的影响规律。结果表明，温度跟带阻尼薄板件的模态频率呈负相关，在极端高温和低温情况下，模态阻尼大幅降低。提出基于优化算法的阻尼材料参数倒推识别方法，识别出阻尼材料随温度和频率变化的复模量和损耗因子，用于有限元仿真验证。仿真结果表明，使用频变的阻尼材料参数预测带阻尼薄板件的振动响应，其共振频率和响应幅值更接近测试值。     

熔丝加工成型薄板的动力学特性及响应

通过熔丝加工成型(fused filament fabrication,FFF)理论与实验相结合,研究了悬臂边界条件下FFF薄板的固有特性和振动响应.首先,针对FFF薄板的分层和正交各向异性等特点,基于正交多项式法对其进行理论建模.然后,通过Ritz法获取FFF薄板的固有特性,再利用频域振动方程解析研究薄板内任意一点的振动响应.最后,以聚乳酸(PLA)FFF薄板为例,实验研究了其固有特性和动态响应,以分析验证理论模型的正确性.结果表明:本文建立的FFF薄板理论模型,能够准确预测出薄板的固有特性和动态响应结果,理论模型可靠.     

基于集中质量块法的叶片试验模型的模态调节方法

基于集中质量块法研究了叶片相似缩尺试验模型的模态调节问题.首先根据薄板的小挠度理论假设,得出了考虑质量块分布的薄板固有频率理论计算公式,通过引入质量块位置比值坐标,重点分析了集中质量块在薄板上的位置和质量块材料对薄板振动特性的影响规律.最后通过工程实例给出基于集中质量块的具体应用方法,并用有限元法从固有频率和模态振型两方面得以验证和对照,确认了所提出的模态调节方法的正确性和有效性.     

纤维增强悬臂复合薄板固有特性分析与验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有特性进行了分析与验证.首先,基于双向梁函数法,推导了具任意纤维角度下该类型复合薄板的最大动能和应变能,明确了利用该方法获取固有频率和模态振型的原理.然后,编写了Matlab计算程序,并给出了分析纤维增强悬臂薄板固有特性的具体流程.最后,搭建了固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,进行了实际测试.验证结果表明,基于双向梁函数法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在3.7%~9.7%,且前5阶振型结果也与测试振型结果一致,进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.     

矩形板条纹振动模式指向性计算

从矩形薄板的振动特性出发,提出了一种改进的弯曲振动矩形板.因该板在自由边界下无解析解,作者应用有限元法,将自由边界弯曲振动辐射面进行离散、提取模态参数并进行处理.结合瑞利积分编制程序,求出了自由边界矩形板条纹振动模式的辐射声压及指向性,并与改进前的矩形薄板的指向性做了对比.结果表明,改进后的矩形薄板轴线方向上的指向性比改进前的明显尖锐.这对矩形板作为弯曲振动辐射源的应用提供了一定的依据.     

热镀锌线沉没辊装置振动分析与结构优化

为抑制锌液中沉没辊装置的振动,提出了基于湿模态的结构优化方法,进行在线振动实验,建立了湿模态液固耦合理论分析模型.结合实验及湿模态计算结果,确定待优化阶次的固有频率及其关键尺寸.根据生产工艺条件及悬臂灵敏度分析结果,确定辊筒壁厚和悬臂厚度为设计变量,设定固有频率的目标范围,建立了优化设计模型.结果表明:相对原始方案,获得的最优方案各阶湿模态固有频率均避开了实验得到的主振频率;根据固有频率与设计变量的关系,还得到了辊筒壁厚服役范围为50~57mm.     

轴向运动三角形薄板的模态分析

轴向运动三角板的动力学模型具有重要的理论意义和潜在应用价值,本文首次应用有 限元法对轴向匀速运动三角形薄板进行模态分析。采用 3 节点三角形单元离散求解域,基于 Kirchhoff薄板理论和虚功原理建立轴向运动三角形薄板的自由振动有限元方程,在固支和简支2 种边界条件下得到了系统前四阶固有频率及其模态,分析了轴向运动速度对各阶固有频率和模态 的影响。结果发现：各阶固有频率随速度增大而减小,第一阶固有频率首先减小到零;各阶模态的 最大挠度值沿着速度反方向偏移,速度越大偏移越明显;固支板抵抗速度影响的能力大于简支板。     

悬臂式调谐质量阻尼器抑制管道振动研究

基于调谐质量阻尼器(TMD)的结构振动控制机理,将调谐质量阻尼器应用到管道的振动控制中。针对传统弹簧结构无法满足高频振动下调谐质量阻尼器刚度设计要求的问题,设计了一种便于安装的圆形截面悬臂式调谐质量阻尼器,其周向对称布置式结构可以对管道各个方向下的振动进行控制。理论推导并对比了传统悬臂梁和悬臂式TMD固有频率的计算公式,计算得到300Hz对应的悬臂式TMD结构参数,并利用Ansys模态分析对设计参数的准确性进行了验证。最后建立了激振器-TMD高频振动实验台装置,对悬臂式TMD在300Hz左右的减振特性进行了实验,结果表明设计的TMD能够有效抑制300Hz左右的高频振动,且有较宽的减振频带范围。     

基于悬臂振动原理的薄板木质材料 动态黏弹性检测

为了快速检测薄板木质材料动态黏弹性这一表征其力学性能的重要指标,以刨花板、中密度纤维板、高密度纤维板和木塑板等4种材质的薄板木质材料为研究对象,利用自行研制的薄板木质材料力学性能检测分析仪,测量出试件在悬臂自由振动时的第一阶固有频率,以及振动过程中的对数减幅系数,进而获得材料的动态黏弹性性能,包括储能模量和损耗模量。并将测量结果与传统的强迫振动动态黏弹性检测方法的测量值进行对比分析。结果表明:两种测量结果之间有显著的线性关系,基于悬臂梁自由振动原理的薄板木质材料动态黏弹性检测方法是可行的。     

正交异性薄板的振动能量传递特性

为了解决正交异性薄板的中高频振动问题,引入结构声强概念研究其振动能量传递特性。首先,对正交异性薄板能量密度控制方程进行有限元离散处理,推导出能量有限元方程,并且通过数值算例将其与经典模态法对比,计算结果验证了方程的正确性;然后,求解能量有限元方程得到结构声强场,同时以流线可视化方式更直观地呈现结构振动能量传递特性;最后,应用该方法分析了不同局部阻尼分布位置对正交异性薄板的振动能量传递特性的影响。分析结果表明:正交异性材料属性使振动能量优先沿着弯曲刚度较小方向流动;值得注意的是,局部阻尼分布在很大程度上决定了振动能量分布以及流向,研究对工程振动特性分析以及阻尼位置优化有一定的指导意义。     

轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的数值模拟

研究了轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板的结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散,流场采用完全的二维不可压缩粘性流体N-S方程,用有限体积法离散,结合动网格控制技术,建立了模拟轴向流中两平行悬臂弹性薄板双向流固耦合作用的二维数值模型,实现了弹性薄板—流体—弹性薄板之间的交互作用.利用该数值模型得到了单块板的流致振动特性;发现了随着两板间距大小的不同,两板表现出三种不同的的极限环振动:同相位、异相位以及不确定相位,并得到了同相位与异相位两种振动状态下的板边界层脱落及尾流变化规律;另外,分析还发现在同相位和异相位过渡阶段,两板均表现出拍现象.     

悬臂纤维金属复合薄板固有特性分析及验证

通过理论与实践相结合的方式,对悬臂边界下纤维金属复合薄板固有特性进行了分析与验证.针对所研究复合薄板的结构特点,基于复合材料力学和经典层合板理论进行建模,利用正交多项式法求解其固有特性并提出计算流程,搭建相应试验系统,以TA2/TC500纤维金属复合薄板为研究对象进行测试.结果表明,提出的计算方法所获得固有频率的结果与试验测试结果间的误差在1.2%~4.7%之间,对应模态振型的变化规律也完全一致,验证了所提方法的正确性.     

海洋立管湿模态振动分析

针对海洋立管的湿模态振动问题,对立管固有频率以及各阶模态的相应振型展开了研究。阐述了模态概念与 模态分析的意义,运用ANSYS Workbench 中的Acoustic Extension 分析模块对海洋立管进行了湿模态振动分析,描述 了湿模态建模方法与技巧,得到12 阶固有频率与振型。通过与12 阶干模态分析结果进行对比,得出两者的区别,表 明了湿模态分析在做水下结构振动研究中的不可替代性。通过对立管结构进行优化,计算优化后的结构振动特性,得 到的优化结果,证明了优化的可行性。模态分析为研究结构的振动特性、优化结构设计提供了一定的依据,为防止结 构的共振提供了一定的参考。