可控震源振动器有限元模态分析与试验验证

振动器作为可控震源的核心部件,其性能对可控震源输出信号的质量起着至关重要的作用。为了准确掌握可控震源振动器的模态特性,找到非激励振动的原因,根据有限元模态分析相关理论,建立了振动器-大地有限元模型,利用ANSYS Workbench软件对模型进行预应力模态分析,获得施加预应力后的振动器变形情况和前6阶固有频率以及相应的振型。有限元分析表明:在实际工作频宽内,振动器的主要振动形式是平板以上结构沿长轴和短轴的摆动以及以活塞杆为中心的扭转。针对有限元分析结果,进行了现场试验,试验结果与仿真分析一致,证明了有限元分析的正确性。研究表明,振动器共振会导致非激励性的摆动和扭转,这是振动器输出信号畸变的一个原因。研究结论为振动器结构设计和现场作业提供了理论指导。     

可控震源振动器平板多频响应分析

高精度、宽频激发是可控震源的主要发展趋势。在工程应用中,可控震源振动器平板在不同扫描频率下的响应存在差异,导致可控震源在全频段的输出信号精度不一致,难以向宽频拓展,因此有必要开展振动器平板多频响应分析。首先,利用有限单元法,建立了KZ-28型可控震源振动器仿真模型,研究了振动器平板在不同频率下的动力学响应性能,得到了平板加速度、变形和接触力随着频率增加而增大的变化规律。其次,分析发现,平板的刚度不足是导致平板在不同频率下响应存在差异的根本原因,提高平板的刚度可以提升可控震源在全频段的输出信号品质。研究结果将为振动器平板的结构优化提供指导。     

高精度航天器太阳能电池阵减扰驱动方法

为减小太阳能电池阵对日跟踪驱动过程所产生的扰动,基于电池阵及其驱动装置机电一体化模型分析了激起电池阵驱动扰动的主要因素,并从稳态力矩平衡方程出发提出了适用于电池阵闭环和开环输入补偿的减扰驱动控制方法。结果表明:步进电机谐波电磁力矩可近似为电池阵转动规律的比例控制环节,其齿槽效应是激起电池阵驱动过程扰动的主要因素之一;两种减扰驱动策略都能有效改善跟踪驱动过程中的速度和力矩稳定度,且不会降低电池阵对日跟踪指向精度,但其减扰效果会随齿槽力矩峰值误差增大而逐渐降低;综合考虑多种因素条件下开环减扰驱动方法较优,在±11%参数误差范围内该驱动方法可以将转速稳定度控制在1%以下,且力矩稳定度优于1.15%。     

一种消除AFM中悬臂梁横向扭转串扰误差的修正技术

串扰效应始终存在于原子力显微镜(AFM)的测量过程中,并影响其测量精度.在对串扰效应的产生机理进行分析,并建立了悬臂梁形变与光斑位置检测器(PSPD)输出信号之间的数学关系的基础上,提出了一种可消除横向扭转串扰影响的修正方法.在该方法中AFM系统可由输出信号直接获得悬臂梁的实际形变量,进而获得原子间作用力的实际值,并通过保持作用力的恒定对样品进行测量.该方法可有效地将悬臂梁扭转导致的纵向信号的变化从系统测得的纵向信号中剔除出去.仿真结果表明,在恒力接触模式下,串扰效应严重影响测量结果,导致测量误差,且针尖.样品夹角导致的串扰效应比摩擦力导致的串扰效应更严重.为验证本文方法消除串扰效应的效果,在应用该修正方法前后分别对标准梯形样品进行测量.实验对比结果表明,在普通恒力接触模式下的样品表面最大测量误差范围为21.2 nm～32.0 nm;对串扰效应进行修正后,最大测量误差范围降低至5.5 nm～10.2 nm.这表明该方法可有效降低AFM中串扰效应导致的测量误差,提高其测量精度.     

扰动情况下双油槽圆形轴瓦滑动轴承性能分析

采用FLUENT软件及其提供的气穴模型,计算了双油槽圆形轴瓦滑动轴承的油膜压力分布及气穴存在区域大小和位置,并同其他边界条件进行了对比;讨论了进油压力对轴承的流场和承载能力的影响;利用自行改进的动网格技术对轴颈扰动速度对流场和油膜力的影响进行了非稳态计算。计算结果表明,进油压力对油膜力的影响较大,油膜压力受轴颈扰动速度的影响很大,油膜力与轴颈扰动速度明显呈非线性关系,利用改进的动网格技术可以很好地对轴承的动特性进行分析。论文为今后大扰动条件下转子-轴承系统的非线性动特性分析打下了基础,为滑动轴承的设计提供了一种理论参考依据     

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。      

传导抗扰度测试的信号电平控制方法

通过对传导抗扰度测试的信号电平控制方法进行分析,表明功率放大器增益的不确定度会导致试验电平的误差。为了避免功率放大器增益所引起的误差影响,对信号电平的控制方法提出改进。通过监测功率放大器的输出功率,调整输出信号的大小,提高传导抗扰度测试的准确性。     

改善桥梁加固混凝土性能的研究

在定义混凝土贯入阻力值与凝结初期、中期及后期对应关系基础上,利用超声法对混凝土凝结阶段受扰动后强度变化进行分析,并对桥梁加固混凝土的抗扰动机制进行研究;在此基础上,利用自制调凝型功能外加剂、抗裂增韧外加剂、自愈合功能外加剂提高混凝土的抗扰动性,即缩短混凝土早期受扰影响比较大的时间段(简称受扰期)、减少表面裂缝、提高受扰混凝土自行修补内部微裂纹以恢复强度性能的能力(简称自愈合性);利用正交试验分析3种改善途径的复合效应,研制出不中断交通桥梁加固混凝土功能外加剂的最佳配比:调凝型功能外加剂6%、自愈合功能外加剂9%、抗裂增韧外加剂0.18%(800g/m3)。     

汽轮发电机进相能力分析及试验验证

发电机进相运行是发电机在保持正常有功输出的情况下调节励磁,使发电机欠励磁运行,并从系统中吸收无功的一种运行方式,其进相深度一般受发电机静态稳定极限、定子端部构件发热等因素制约。在对发电机进相运行特征、功角变化及进相运行限制因素分析的基础上,以某火电厂600 MW发电机组为例,分析并记录发电机功角、定子电压、厂用电压等电气量及发电机端部温升在进相试验中的实时数据和变化情况,验证了发电机进相运行深度及其限制因素,检验了自动励磁调节器在进相运行中的调节性能及稳定性,为发电机组后续进相运行实践提供数据支撑,提出的改善策略可有效提升机组进相运行能力。     

震源振动器平板损伤机理及其疲劳寿命预测研究

振动器是可控震源地震信号激发的关键装置,长期宽、高频地震波激发致使振动器平板焊接部位出现裂纹甚至疲劳失效,这不仅会大大减短平板工作寿命,而且严重影响震源信号质量。由此,对平板开裂断口的微观形貌进行分析,掌握平板疲劳损伤区域内损伤特征、裂纹扩展规律,揭示平板开裂断口损伤机理。针对平板疲劳损伤模式和特点,开展平板“三点弯曲”疲劳试验,拟合平板S—N曲线,预测平板疲劳寿命,并与采用断裂力学法的疲劳寿命计算结果进行比较。结果表明,经疲劳试验参数修正的S—N曲线法的精度高于断裂力学法,可准确预测震源振动器平板的工作寿命。研究成果为延长震源振动器平板的疲劳寿命、增强其可靠性提供了科学的理论支持,有助于提高我国油气勘探技术及相关工程装备的研发水平和国际竞争力。     

惯性稳定平台不平衡扰动建模与仿真分析

理想情况下,惯性稳定平台的质心会位于其旋转轴上,但是由于加工技术等条件的限制,惯性稳定平台的质心会偏离旋转轴,并且在基座角运动和摩擦等扰动作用下,惯性稳定平台会产生偏转角,偏转角的变化会引起水平和垂直方向上的不平衡力臂变化,形成不平衡扰动。为了分析不平衡扰动对平台性能的影响,在对惯性稳定平台的动力学模型进行简化的基础上,提出通过分析平台偏转角和不平衡力臂的变化规律建立不平衡扰动模型的思想方法,以所建模型为基础,对不平衡扰动的影响进行了定量分析。仿真结果表明,不平衡扰动会使平台的角度输出稳态值超过其稳定精度要求,严重影响惯性稳定平台的稳定性能。     

A numerical study of mechanisms of accretion for rotating snow sleeves evolving on conductor rods

It is the purpose of this paper to construct a mathematical/computational model for the accretion of snow on rotating snow sleeves attached to conductor rods, and to consider some of the limitations in the use of the assumption of perfect cylindrical-sleeve growth, as currently employed to provide estimates of snow-loading intensity. For purposes of illustration, three rotating snow accretion regimes are considered, in which the direction of the airflow is always taken as perpendicular to the axis of the conductor rod. Firstly, a horizontal conductor rod is free to rotate and is initially bare. Rotation of the system (conductor rod and accreted snow) is initiated by snow torque, due to eccentric snow loading on the windward side of the conductor, and is driven by aerodynamic torque generated by the windflow past the evolving, rotating, asymmetrical sleeve growth. Secondly, a vertical conductor rod is free to rotate and the bare rod is given an initial small angular velocity; the rotation of the accreting system is then driven by aerodynamic torque alone. Thirdly, a horizontal rod is fixed and is initially covered by an annulus of snow, supported by a thin layer of (unfrozen) water existing between the conductor and the snow sleeve. In this case, the rotation of the snow sleeve is due to the combined snow and aerodynamic torques and is now retarded by the viscous torque due to the rotating thin film of water. Asymptotic solutions obtained for small accretion time supplement numerical results derived from the computational models. Numerical results on these rotating non-periodic snow accretion regimes are presented as a function of the wind speed, snow precipitation rate and diameter of the conductor rod.     

基于磁悬浮技术曳引式乘客电梯三维加速度测量

为实现曳引式乘客电梯三维加速度测量,利用磁悬浮技术设计了惯性式加速度测量模型,建立了垂直方向和水平方向振子的运动方程,设计了磁悬浮三维加速度测量仿真模型,分别进行了垂直方向和水平方向加速度仿真,并通过实验对仿真模型进行了验证。实测了曳引式乘客电梯垂直方向和水平方向的加速度。磁悬浮加速度测量系统的振子处于悬浮状态,测量灵敏度较高,测量频率低,分辨率高,易于实现绝对式多维加速度测量,实验证明适于电梯的加速度和振动测量,且便于安装和调试。     

基于干扰观测器的鲁棒高精度转速估计方法

 动态转速的高精度测量是高性能运动控制中的重要问题,尤其对于低速运动情况.针对该问题,提出一种新型实时转速估计方法,对系统外部扰动和建模误差,采用扰动观测器进行估计,再将其输出引入转速观测器,从而保证转速估计的收敛性,并增强其鲁棒性.以直流高精度伺服系统为例,进行了仿真和实验研究,结果表明该方法有效,鲁棒性强,且对角位置量化噪声不敏感.     

基于活塞杆轴心位置轨迹的往复压缩机故障诊断技术研究

提出了一种基于X方向、y方向的活塞杆轴心位置轨迹(Piston-Rod Axis Orbit)的故障诊断分析新方法,通过定义5种图形和6个特征参数来反映活塞杆的运行状态,解决了常规手段只能单一监测垂直方向位移的问题.通过仿真数据和故障数据分析,验证了活塞杆轴心位置图分析方法可以有效判断往复压缩机整个支承环的磨损方向和磨损程度,对于早期预警活塞组件、活塞杆运行状态十分有效.建立的理论方法可以早期、完整地发现往复压缩机活塞组件的潜在故障,定义的特征参数为早期预警和故障诊断专家系统规则量化提供了理论基础.     

电动负载模拟系统自适应控制系统设计

为了有效抑制电动负载模拟系统多余力矩,从而提高系统加载力矩的输出精度,设计了一种自适应抑制位置干扰力矩的控制方法。基于前馈控制与自适应控制原理,使用MATLAB仿真软件对该方法的有效性作了分析,并进行了试验验证。仿真与试验结果表明:该方法能自适应调节系统加载误差,且舵机运动频率越高,系统跟踪误差调节时间越长;当加载力矩和舵机运动幅值相同时,舵机运动频率越高,该控制方法对系统多余力矩的抑制效果越明显;当加载力矩和舵机运动频率相同时,舵机运动幅值越大,抑制效果越明显。该控制方法能够在系统部分参数未知或者渐变的情况下,有效抑制系统多余力矩。研究结果对飞行器电动负载模拟器的设计具有一定参考价值。     

基于遗传算法的低频标准振动台簧片式回复结构优化

为有效提高低频标准振动台簧片式回复结构的柔性导向性能及高频工作稳定性,分析了簧片式电磁振动台工作原理及其机电耦合简化模型,并通过Ansys模态和谐响应分析,得到不同尺寸组合回复簧片结构对振动台模态频率及输出特性的影响规律,结果表明:水平及侧簧片的宽度及厚度尺寸为主要影响因素。基于多目标遗传算法,迭代分析得到满足振动台输出特性要求的水平及侧簧片尺寸最优解,将回复簧片的第2阶扭曲模态频率提升到442.05Hz,相比最低值提高近一倍,有效扩展了振动台的稳定工作频率范围。     

Investigation of Failure in a Crankpin of a Motorcycle Engine

This study performs a failure analysis of a failed crankpin connecting the crank shaft with the piston rod in a motorcycle engine. The failed crankpin under examination is embedded in a 16NiCrMo12 alloy, a typical steel designed for carburizing treatment. The crankpin experiences a periodic compressive stress associated to the compression stroke featuring the cyclic movement of the piston rod imposed by the rotation of crank shaft. During the failure analysis, such mechanism has been associated to a pulsing fatigue phenomenon. The failure of the crankpin concerns the surface, which is affected by significant spalling phenomena causing the detachment of steel fragments, as the element is subjected to constant friction because of relative rotation. Since not all the produced crankpins undergo the observed damaging phenomena, the aim of the study is to identify the factors governing the failure phenomenon and to provide a working solution to the problem. The employed experimental techniques include microstructure analysis by means of optic microscopy and scanning electron microscopy, and hardness measurements. The combination of the obtained results has allowed us to identify the presence of large amounts of non-metallic inclusions underneath the surface as the cause of the damage.     

新型钢板滚切剪剪切机构运动学分析

通过对新型滚切剪空间剪切机构的原理分析,建立以关键点坐标为变量的剪切机构显式三维非线性轨迹方程,并对确定导向杆与机架铰接点位置的求解理论给予修正。以某大型钢厂2 800 mm单轴双偏心滚切剪的研发项目为依托,对剪切机构的运动轨迹进行模拟仿真。上下剪刃重叠量、刀弧水平偏移量的计算结果表明,应用显式轨迹方程组及修正的导向杆约束理论,是提高轨迹求解精度、优化杆件尺寸、降低刀弧水平位移量、提高剪刃重叠量均匀度的重要手段。现场剪机重叠量、刀弧水平综合位移量的实际值及高质量的钢板剪切断面也证实了上述剪切机构运动学理论及导向点约束修正理论的正确性。     

包装送纸机构运动学及动力学仿真分析

目的 为了提高包装送纸装置的生产效率,使用一种六杆机构应用于包装送纸装置中,并对它进行运动学及动力学仿真分析,验证它在运动过程中是否满足实际工作要求。方法 使用矢量解析法和分离体法建立该六杆机构的运动学模型和动力学模型,并采用ADAMS仿真软件对该六杆机构进行运动学仿真和动力学仿真。结果 通过对六杆机构进行运动学仿真分析,得到了输出滑块4的位移、速度和加速度曲线,该机构在水平方向的行程为680.26 mm,满足实际工况要求。通过对六杆机构进行动力学仿真分析,得到了六杆机构各铰接点的受力大小和施加在曲柄1上的平衡力矩大小,该机构在送纸行程时,各铰接点受力和平衡力矩变化较小,该机构在送纸完成后的回返行程时,各铰接点受力和平衡力矩变化较大。结论 分析仿真结果后发现该六杆机构在运动过程中满足实际工作要求,能够较好地运用于包装送纸装置中。