三维耦合Timoshenko梁功率流主动控制研究

研究了三维耦合梁结构中的功率流传播与主动控制。首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了包含弯曲波、纵波与扭转波的三维耦合梁结构动力学模型,并获得了其精确动力学响应;进一步得到结构中传播的主动功率流,分析了纵波与扭转波对总功率流计算结果的影响;以主动功率流为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,最终实现了三维耦合梁结构的功率流主动控制;进行了数值仿真,结果表明:采用行波方法计算三维耦合梁结构的动力学响应准确可靠;在进行三维耦合梁结构功率流计算时,需考虑纵波和扭转波的影响;包含剪切变形和转动惯量影响的Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型计算的结果更为精确,且在中、高频段尤为突出;功率流主动控制可以明显降低三维耦合梁结构在频域和空间域中的振动功率流,且最优控制力的微小偏差与误差传感器的位置对控制效果的影响较小。     

Timoshenko梁的行波与模态的混合控制方法

基于Timoshenko梁理论，采用行波控制和独立模态空间混合方法。对悬臂梁的振动主动控制问题进行了研究。采用行波方法实现了对Timoshenko梁结构的振动控制。首先。采用模态控制方法，控制低频振动。而后，采用行波控制方法吸收高频振动能量，实现结构的振动控制。可见，行波／模态混合控制提高了振动控制精度和系统的鲁棒性。本文给出了悬臂梁振动的混合控制策略，最后给出了数值仿真结果。     

基于Timoshenko梁理论的斜置隔振系统功率流特性分析

针对工程中常见的斜置隔振装置,建立了复杂振源激励、粘弹性斜置支承与基础梁结构三维耦合隔振系统动力学模型。把隔振器模化为Timoshenko梁,给出了梁纵向、弯曲振动导纳。引入粘弹性分数导数模型来描述粘弹性隔振器的动态特性,并考虑隔振支承多维波动效应,推导了耦合系统动态特性传递矩阵及功率流表达式。数值模拟计算表明,粘弹性隔振器是频率相关的;隔振器高频共振形成驻波是输入系统功率下降趋势变缓的主要原因;在中高频域,输人基础的功率随倾斜角增大而降低。     

基于功率流的结构主动控制方法

功率流表示单位时间内外力作功或结构耗散能量的能力，它是一个理想的反应结构振动或外力大小的物理量。本文分析了三种基于功率流的结构控制策略，并首先分别推导出了它们的控制算子的一般表达式，然后通过将建筑结构简化为单自由度模型说明了它们在减小结构动力响应方面的机理，最后给出了在简谐激励下结构响应的数值计算结果。     

多维柔性系统功率流的主动控制研究

采用于结构矩阵分析法，分析了多维柔性隔振系统的动力学特性；以传递到柔性基础的功率流为评价指标，研究了不同的主动控制策略下的控制效果，研究表明：多维柔性系统中越过刚体振动模态的频域，是主动控制起作用的频域，在提出的控制策略中，总功率流最小化控制效果最为理想，能使共振峰值的数量和数值都得到有效衰减；垂向功率流最小化控制几乎无控制效果。     

主动隔振系统中功率流的最优化控制策略

用功率流指标描述主动隔振系统中能量的传输,以传轾到接受体的功率流量小为最优化控制目标,推导主动隔振系统中功率流传递的最优控制表达式,提出了ＳＭＲ主动隔振模型基于功率流的最优化控制策略。针对工程实际中的柔性安装问题,对四边简支矩形薄板的主动隔振进行了研究。     

基于Timoshenko梁理论的微细立铣刀动力学建模

应用Timoshenko梁理论综合考虑了微细立铣刀特殊结构及其高转速工况引起的剪切效应和惯性效应,建立了微细立铣刀悬伸部分的动力学模型;分析了所建立的模型的收敛性问题,通过试验验证了模型的准确性,并与欧拉梁理论计算结果和有限元软件仿真结果比较,证明了模型的适用性;利用建立的微细立铣刀动力学模型,研究了微细立铣刀刀头直径、刀头部分长径比和刀颈半锥角等刀具结构参数对刀具固有频率的影响。模型可用于微细立铣刀的参数化设计和优化,改善其动力学特性。     

一类复杂系统的功率流传递特性及其主动控制

综合考虑工程实际中多激励,多支承机组的柔性安装问题,建立了主被动复杂柔性隔振系统的统一动力学模型,将导纳方法推广到主动隔振分析中,采用了子结构导纳综合法对弹性板基础上主动隔振系统的传递功率流进行了分析,并从插入损失的观点探讨了功率流的主动控制策略,揭示了含有主动作动元件的柔性耦合系统的功率流传递机理。     

Timoshenko梁在热冲击下的瞬态动力响应

研究了矩形截面简支Timoshenko梁在热冲击载荷作用下的动力响应.首先由分离变量法求得了梁的温度响应,然后采用微分求积法(DQM)分别对位移形式的动力学方程及初边值条件在空间域和时间域进行离散.数值求解离散后的代数方程组,得到了梁在热冲击下的动态位移和应力响应.分析了相关物理和几何参数对动态位移响应和动态应力响应的影响,考察了数值结果的收敛性.数值结果表明,对该类问题采用DQ法求解具有简洁可靠、计算效率高的特点.     

振动功率流方法诊断梁的损伤

利用振动功率流方法对无限直梁在集中力作用下的损伤进行了诊断研究。损伤部位模拟为转动弹簧,利用断裂力学的有关理论得到其转动刚度。研究了梁在集中载荷作用下的弯曲波运动以及振动功率流的输入和传播,分析了振动功率流与破损位置及其特征尺寸的关系。首先从理论上研究了破损诊断的具体步骤,然后进行了实验研究,结果证明了理论分析的准确性和可靠性。     

动力吸振器优化设计的功率流控制策略

针对附加动力吸振器的振动系统,利用结构导纳理论,引入附加动力吸振器后振动系统的等价结构导纳和修正导纳矩阵,推导了系统的功率流,揭示了系统功率流的传递特性和动力吸振器的控制机理,并提出了以功率流为控制量进行动力吸振器优化设计的方法。     

Timoshenko薄壁梁弯扭耦合振动的动态传递矩阵法

通过直接求解单对称均匀Timoshenko薄壁梁单元弯扭耦合振动的运动偏微分方程,导出了其自由振动时的动态传递矩阵,同时采用结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,并讨论了剪切变形和转动惯量对弯扭耦合Timoshenko薄壁梁的固有频率的影响.数值结果验证了本文方法在其适用范围内的精确性和有效性.     

在任意位置激振时周期简支梁的功率流

本文进一步研究周期简支梁在力激振时的振动功率流,分析激振位置对振源向梁输入功率流和沿梁传播功率流的特点。在不同传播域中可适当调整振源位置从而减少输入功率流,但是不管在何点激振,沿梁正向和沿梁反向传播的功率流相等,且等于输入功率流的一半。文中还讨论结构阻尼对减少输入功率流和传播功率流的作用,阻尼在奇数传播域界频率处有效地控制输入功率流,而在传播域中有效地损耗传播功率流。     

质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

基于小波分析的Timoshenko梁裂缝识别研究

采用等效转动弹簧代替梁内的不扩展横向裂缝,研究Timoshenko裂缝梁的横向振动特性,建立了一种与有限元分析相结合的、基于模态参数的小波分析识别Timoshenko梁内裂缝的方法。以一简支梁为例,通过建立含横向不扩展裂缝的Timoshenko梁的有限元模型,用Lanczos法对结构的模态进行了计算分析,求出了基本振型和转角模态。分别应用mexh小波和db小波为母小波对二者做小波变换,进行多尺度分析,通过小波系数模极大值位置识别出梁内的裂缝。并对识别结果进行对比,发现识别Timoshenko梁裂缝时,基于转角模态小波变换的方法对小波基、尺度的要求较低,变换后的小波系数线更为平滑,奇异性特征更为明显,故运用转角模态小波变换来识别Timoshenko梁裂缝,较之运用基本振型小波变换的方法更为方便、有效。该方法对Timoshenko梁裂缝识别的工程应用具有参考价值。     

机器-基础耦合振动功率流传递最优控制

建立了机器-基础耦合振动状态空间方程，对系统的耦合振动特性与模型降阶进行了研究。给出了状态观测器构造的一般方法。从功率流传递的角度，对模态耦合振动线性二次调节器（LQR）控制效果进行了评估。数值计算表明：机器-基础的耦合振动主要表现为机器Z向模态与基础第一阶弯曲模态的耦合振动。以模态速度为LQR控制指标可有效地衰减共振频率处功率流传递、阶跃响应收敛时间较短。     

风电场有功功率控制综述

由于风电具有随机性、波动性和反调峰特性,高比例的风电并入电网会对电力系统的稳定性和安全性造成很大的冲击,因此有必要对风电场有功功率输出进行控制,减少风电功率的波动性,提高输出功率的平滑性;同时,随着装机容量的不断增加,造成大量的弃风现象,风电场的控制模式由传统的最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）模式向限功率控制模式转变。基于弃风限电以及风电并网的控制要求这2个背景,分析了控制风电场有功功率的必要性,从单机功率控制和场站级功率控制2个层面出发,以场站级功率控制为侧重点,归纳总结了当前风电有功功率控制的研究现状,总结出不同控制方式的控制特点及不足之处,并对其研究方向进行了展望。