双自由度离心振动系统的动力耦合分析

本文揭示了刚体转动对由质量和弹簧组成的双自由度振动系统的频率、模态和动力响应造成的影响,可为一般弹性体和结构的离心振动耦合动力学分析提供重要指导。离心振动系统存在两阶动频,随刚体转速的增加,第一阶动频线性减小而第二阶动频线性增加。质点的动力响应表现为质点运动轨迹的动态演化,决定于振动初始条件、刚体转速、初始偏心位置、振动刚度等四个因素。质点的运动轨迹由非偏心振动和偏心振动两部分构成,非偏心振动依赖于振动初始条件和刚体转速以及振动刚度,偏心振动取决于初始偏心位置和刚体转速以及振动刚度但与振动初始条件无关。根据对动频和质点运动的分析,提出了双自由度离心振动系统的最大刚体转速和临界转速。     

基于刚柔耦合仿真的集装箱车体振动疲劳分析

为了分析结构振动对疲劳寿命的影响程度,提出了一种基于刚柔耦合仿真的振动疲劳分析方法。利用柔性体接口处理技术对策（ITTS）,建立刚柔耦合系统模型,其中,柔性体在动约束作用下能够形成具有相关模态振动特征的弹性振动。应用基于子结构模态综合法（CMS）的动应力恢复方式,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析和动应力变化的幅频统计对比,以确定疲劳性质及振动影响程度。结合集装箱平车垂向加速度偏大问题,利用两种柔性车体模型：模态质量和附着质量车体模型,确定了车体在斜楔摩擦粘-滑振动作用下形成了具有2阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。根据危险点动应力的模态相关性分析和幅频统计对比,集装箱地脚的垂向纵向约束力是造成大幅值循环应力出现的主要原因之一,而结构振动对疲劳寿命的影响程度约为（20-25）%。     

基于模态综合和移频方法的中频段模态计算

采用基于特征约束模态降阶的模态综合方法计算结构中频段振动特性时,针对低阶特征约束模态不能截断的问题,引入了移频方法对子结构动力学方程进行变换,并推导了移频后低阶特征约束模态与系统中频段模态的关系,结果表明：采用移频方法后,低阶特征约束模态可以截断。采用该方法计算了某白车身有限元模型160~190Hz频段内的振动特性,结果表明：采用移频方法后,保留的特征约束模态阶数较少,系统振动特性的计算时间较短,说明该方法有助于提高复杂结构中频段振动特性的计算效率。     

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。     

基于叶尖定时的旋转叶片同步振动辨识新方法

为掌握旋转叶片在不同工作转速下的振动特性,利用叶尖定时测振系统对旋转叶片进行振动测试。分析了基于变速扫频测量的速矢端迹法理论,设计了一种多传感器辨识叶片同步振动的新方法。运用该方法对某型号航空设备的旋转叶片进行振动测量实验,准确地辨识出不同转速下旋转叶片的振动倍频、动频、振幅及阻尼系数等参数。频率和振幅辨识重复性精度分别高达0.0072Hz和5.7um。正确绘制出叶片振动坎贝尔图,实验辨识结果与叶片理论设计结果基本一致。     

黏弹性Pasternak地基梁振动的复模态分析

运用复模态分析研究了有限长黏弹性Pasternak地基梁的振动特性,将梁的振动方程写成状态方程,利用复模态的正交性解耦为常微分方程组,得出复频率和复模态及任意初始条件下外激励的响应。通过两个具体算例对比,分析了简支边界条件下的Pasternak地基梁的固有频率和模态函数的特征,并通过文中给出的复模态函数,计算了两种典型外激励作用下的动力响应。     

含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化

针对离心压缩机在复杂运行工况下的失谐与裂纹问题,研究裂纹与失谐对叶轮结构振动响应和振动局部化的影响规律。首先,采用三维有限元模型建立具有复杂几何形状的叶轮结构的定量分析模型,并通过在裂纹界面上定义接触的形式模拟裂纹的呼吸效应。其次,通过采用混合界面模态综合法对系统自由度进行缩减,以解决了采用三维有限元模型分析非线性系统动态响应时所存在的计算量大和收敛困难的问题。最终,采用Monte Carlo方法对含裂纹的失谐叶轮结构进行统计分析,研究随机失谐和裂纹故障对叶轮结构振动局部化的影响规律。结果表明裂纹和失谐都会对结构的振动响应产生显著的影响,并会导致振动能量的集中和振动局部化现象。     

基于ERA模型辨识的H∞振动主动控制试验研究

针对外扰作用下的尾撑式风洞测力模型进行H_∞鲁棒控制试验研究。采用ERA算法(Eigensystem Realization Algorithm)进行模型辨识,可直接获得受控系统动力学方程。为保证系统的稳定性和鲁棒性,结合H_∞混合灵敏度优化方法设计控制器,实现受控模型垂向前两阶模态的振动控制。试验结果表明,结合ERA辨识模型设计的控制器能够有效抑制模型振动,能够将前两阶振动幅值抑制到无控制时的10%以下。     

基于模态灵敏度分析的客车车身优化

针对提高国产某轻型客车的乘坐舒适性,解决车内振动和噪声剧烈问题,本文首先基于有限元仿真和道路试验的阶次跟踪方法进行振动和噪声原因分析,所确定的原因为轮胎激励引起的车身结构共振。为避免共振,以白车身钣金件和骨架的厚度为设计变量,以提高白车身前两阶固有频率为目的,用模态灵敏度理论对白车身进行优化设计和灵敏度分析。然后结合各钣金件和骨架的模态灵敏度和质量灵敏度,设计最优的改进方案并进行试验分析。对比优化前后的试验结果,验证了该优化方案的有效性与合理性。     

主动隔振与水下声辐射控制的实验研究

建立一个包括有机玻璃水箱和主动隔振器的实验系统,研究主动隔振对降低结构振动及其声辐射的有效性。实验模型的建立是基于流固耦合系统的有限元分析和局部模态测试,通过数值分析确定辐射面的振动模态以及辐射声场分布。扰动源的干扰频率接近辐射面固有频率,在水中形成共振状态下的辐射声场。扰动源采用四点主动隔离,四个电磁作动器同时控制并采用自适应对消算法,抑制扰动源周期性干扰引起的振动。实验结果表明主动隔振能够明显降低平板的辐射声压。     

受移动质量作用的一类变截面梁横向振动分析

采用半解析法计算了横截面积、横截面的惯性矩沿轴线方向以幂函数规律变化的一类变截面梁的固有频率和振型,通过与有限元法的计算结果比较说明了半解析解的精确性。在此基础上,考虑牵连惯性力、相对惯性力、科氏力和离心惯性力的影响,推导了变截面梁受移动质量作用的横向弯曲振动方程,并采用Newmark法进行数值求解。以某梁式结构受移动质量作用为例,将其简化为横截面积和惯性矩沿轴线按任意次幂函数变化的变截面梁,结果表明:该方法能够正确、有效地处理此类问题。     

基于空气弹簧的振动离心机顺臂隔振技术研究

振动离心机是地震研究和飞行器离心振动复合环境试验研究的重要工具,顺臂振动是其重要的运行工况,而顺臂隔振是振动离心机在该工况下稳定运行的关键。在分析振动离心机顺臂振动工况的基础上,利用空气弹簧的动刚度小而轴向承载力大等特点,设计了一种安装于振动离心机转臂上可测不平衡力的顺臂隔振系统。基于隔振系统的力学模型,通过解析简化获得该系统的力传递率解析方程,并分析了影响该系统隔振能力的主要因素。针对某振动离心机,利用解析方程计算了其隔振系统的力传递率,并通过隔振系统力学模型对其传递力进行了仿真分析,理论计算及仿真所得的力传递率基本一致且均较小。结果表明：以空气弹簧为主体的顺臂隔振系统可有效隔离振动离心机的顺臂振动冲击,力传递率解析方程可用于隔振系统隔振能力评估计算。     

Use of moving distributed mass element for the dynamic analysis of a flat plate undergoing a moving distributed load

This paper presents the theory regarding a moving distributed mass element, so that the dynamic responses of a rectangular plate subjected to a moving distributed mass, with the effects of inertia force, Coriolis force and centrifugal force considered, can be easily determined. In which, the property matrices of the moving distributed mass element are derived by means of the principle of superposition and the definition of shape functions, and the overall property matrices of the entire vibrating system are determined from the combination of the last element property matrices of the moving distributed mass element and those of the plate itself. Since the property matrices of the moving distributed mass element have something to do with the instantaneous position and the distribution of the moving mass, they are time-dependent and so are the overall property matrices of the entire vibrating system. Based on the last concept, the equations of motion for a rectangular plate subjected to a moving distributed mass are established and solved to yield the dynamic responses of the entire vibrating system. Numerical results reveal that the factors such as the contact area (between the moving distributed mass and the plate), moving-load speed, inertia force, Coriolis force and centrifugal force affect the vibration characteristics of the plate to some degree. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

非连续变形分析的若干问题

基于加法分解及其线性化后的位移增量表达式在更新块体构型时,常导致常规非连续变形分析块体应变计算精度低、块体体积虚假膨胀。根据原始DDA位移模式,分析了该位移模式中因对转?增量1阶近似导致的块体体积自由膨胀;应变分量增量直接叠加导致的块体应变场畸变;以及采用加法分解线性化后的位移增量公式推导块体加速度表达式导致的忽略块体转动时的离心力与科氏力。数值算例表明,原始DDA的位移模式直接导致块体体积自由膨胀、块体内应变场畸变以及忽略了块体转动时离心力与科氏力产生的应变。     

转动态薄辐齿轮振动分析的传递矩阵法

本文用截锥壳模拟薄辐齿轮，由截锥薄壳理论导出了计算转动态截锥壳振动特性及瞬态响应的传递矩阵公式。文末给出了算例。     

螺旋离心泵转子系统动态响应数值分析

为研究螺旋离心泵转子对流固耦合作用的动态响应信息,以ZJ200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,利用CFD软件CFX12.1和有限元软件ANSYS Workbench对其进行了考虑流场变载荷和结构相互作用的两场交替联合求解。得到转子受到的激励力以及位移响应频谱特点,结果表明：叶轮受到流场变载荷激励,发生了弯曲及拉伸振动;叶轮径向位移随流量增大而减小,其主频率与径向力主频率同为48.3Hz,轴向力以低频随机波动为主,但轴向位移仅在200Hz以内有较明显的响应,且振幅随频率增加而减小;叶轮质心位移在低阶频率处的振幅不高,高阶频率的振幅逐渐减小,轴向及径向位移均没有振幅过大的情况出现,说明螺旋离心泵转子正常工作时未发生共振,稳定性良好。本文研究结果对螺旋离心泵转子系统的设计改良及振动分析具有一定的参考意义。     

离心式压缩机转子系统稳定性控制方法研究

针对离心压缩机转子失稳已成高效长周期运转主要障碍问题,通过分析失稳机理及影响因素,研究压缩机转子系统稳定性控制方法。结合工程案例,采用有限元方法对转子进行瞬态动力学分析,研究转速及因密封等部件交叉刚度对转子稳定性影响。研究转子振动位移反馈与速度反馈方法对转子失稳振动的控制效果。结果表明,两种方法均能有效提高转子系统稳定性。对比在达到相同控制效果时执行机构能量消耗表明,通过位移反馈方式能以更低能耗达到控制效果。该结果可为离心压缩机转子稳定性控制与提高提供新的思路及可行性。     

预紧力与粗糙度对拉杆弯曲振动特性影响的研究

微小型涡喷发动机的离心叶轮轴向长度相比转轴长度不可忽略,可将其看作拉杆转子结构。为研究该拉杆转子结构的弯曲振动特性,建立了包含连接面的简支梁数学模型,应用结合面接触分形理论,推导了预紧力、粗糙度对拉杆弯曲振动特性的数学关系。通过算例研究,得出了预紧力、粗糙度对拉杆弯曲振动特性的影响趋势。结果表明:连接面所需的最小预紧力随着粗糙度的增加呈指数增长;仅考虑连接面刚度变化的情况下,拉杆固有频率与对数坐标下的预紧力之间呈S型曲线关系,粗糙度值越大,S曲线的潜伏期越长;同时考虑预紧力对连接面刚度和拉杆抗弯刚度的影响,当粗糙度较小时,拉杆固有频率随预紧力上升而上升;粗糙度较大或预紧力较大时,拉杆固有频率随预紧力上升而下降。