非惯性参考系下旋转叶片系统的动力响应

对于旋转叶片的动力学分析,本文在Euler-Lagrange方程的基础上,考虑了刚体和弹性体耦合运动的关系建立了叶片的动力学方程,方程中的刚度阵是一个时变矩阵,文中应用了Matlab语言对叶片的位移响应进行了仿真,从而揭示了刚体运动对弹性体位移响应的影响。     

CSP轧机万向接轴弯扭耦合振动

以连续分布质量的轧机万向接轴为研究对象,考虑了万向接轴的倾角、自重、质量偏心以及阻尼的影响,从动力学角度建立了万向接轴的弯扭耦合振动方程,并对实测的数据给出了理论解释. 从所得到的微分方程可以看出:当轴系存在不平衡时,扭转振动与弯曲振动之间存在着很明显的相互耦合关系;当轴系没有不平衡时,扭转振动会对弯曲振动产生影响,而弯曲振动对扭转振动没有影响.     

微镜扭转-弯曲耦合变形静态特性分析

给出了仅考虑微镜扭转运动的静力学分析模型，在分析微镜扭转梁因非线性静电力引起弯曲变形的基础上，建立了静电驱动微镜扭转-弯曲耦合非线性静力学模型．2种模型的，临界吸合电压、临界吸合转角以及微镜转角随电压的变化关系与试验结果对比表明：所建耦合静态模型更符合实际情况，微镜垂直方向的位移和微扭转梁宽度的变化对微镜的临界吸合电压和临界吸合转角影响显著．     

风力机旋转叶片的刚柔耦合动力学响应特性分析

为获得风力机风轮在时变载荷作用下的动力学响应规律,在将轮毂假设为刚性圆盘和叶片假设为柔性悬臂梁的基础上,考虑剪切应变对叶片引起的附加位移、叶片的旋转运动与弹性变形间的耦合及离心力的作用,运用Hamilton原理建立了旋转叶片子系统的非线性动力学模型.以河西地区某风场1.2 MW风电机组为例,采用有限元法和Newmark数值积分法对其叶片在时变载荷作用下的动态响应进行了计算.结果表明:考虑剪切变形影响时得到的叶片振动幅值比不考虑剪切变形影响时会平均增大约7.5%;在考虑叶片的旋转运动与弹性变形间的耦合作用时,离心力对叶片振动动态特性的影响将会被弱化.     

轴系弯扭耦合振动的数学模型

从弯扭耦合的角度来研究旋转轴系的振动,将能更准确地把握轴系的动力学特性,从而为轴系的安全运行提供更有效的保障。本文建立了一个基于分段连续质量模型的轴系弯扭耦合振动数学模型,该模型考虑了不平衡、陀螺力矩、转动惯量、剪切变形及阻尼的影响,因而是一个比较精确的模型。从所得到的微分方程可以得出：当轴系存在不平衡时,扭转振动与弯曲振动之间存在着很明显的相互耦合关系,而且是高度非线性的。而当轴系没有不平衡时,扭转振动会对弯曲振动产生微弱的影响,而弯曲振动对扭转振动没有影响。     

非惯性参考系下叶片动力学分析

应用拉格朗日方程和里兹法考虑了刚体运动和弹性体运动的耦合关系在非惯性参考系下建立了带有集中质量的叶片系统的相对动力学方程.叶片的动力学方程中刚度矩阵是一个随时间变化的矩阵,应用了Wilson-θ法对其进行了求解,并用Matlab进行了仿真.结果表明,对于旋转叶片端部加有集中质量会使叶片系统固有频率降低,同时也使得位移响应加大,在文献[1]反映了刚体运动对弹性体运动影响的基础上又揭示了集中质量对弹性体运动的影响.     

考虑机匣柔性的新型旋转叶片-机匣碰摩模型

针对旋转叶片与机匣的碰摩故障，以弹性叶片和柔性机匣作为研究对象，基于弹性协调相容条件推导新的旋转叶片与柔性机匣碰摩力模型.基于材料力学理论，考虑叶片旋转效应，如离心刚化和旋转软化，以及碰摩软化的影响，计算了叶片的准静态弯曲变形.采用带有弹簧支承的柔性环来模拟机匣，其位移由整体位移和局部柔性位移组成.根据能量守恒原理，建立柔性环的位移方程，并对其进行离散处理，得到机匣的结构刚度，进而求得机匣局部柔性位移.与文献和实验结果的对比验证了本文碰摩模型的准确性.     

考虑弯扭耦合的空间薄壁截面梁单元刚度矩阵

以 Bernoulli-Euler 梁理论和 Vlasov 薄壁杆件理论为基础,通过设置单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采取独立插值的方法,建立了可考虑横向剪切变形、弯曲和扭转的耦合及翘曲剪应力等因素影响的空间薄壁截面梁有限元模型.算例表明本文所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用.     

含移动质量块简支梁的弯曲-扭转振动分析

考虑移动质量块的惯性效应及梁的自重,研究了弯曲中心线与扭转中心线不重合时简支梁的弯曲-扭转振动.首先求得无移动质量块系统的自由振动频率,并考查了几何参数和材料参数对它的影响;然后针对含有移动质量块的情形,计入移动质量块的惯性效应和梁自重效应的影响,理论导出了系统的耦合振动方程,并借助Galerkin法进行离散化;最后通过数值计算得其解.研究表明,移动质量块的惯性项及梁的自重效应对系统弯曲位移和扭转位移有较大影响,在工程实际中应予以重视.     

刚柔耦合系统的几何非线性运动稳定性

针对由中心刚体与柔性附件所组成的平面型刚柔耦合系统,不仅研究柔性附件的横向弯曲变形对系统动态特性的影响,同时考虑柔性附件的拉伸变形、截面转角变化与弯曲变形的相互耦合作用,并且以非线性几何关系作为基本出发点,建立了柔性变形、姿态运动之间的非线性耦合动力学模型。基于上述非线性模型,利用能量积分构造Lyapunov函数,分别以中心刚体不转动和中心刚体匀速转动为无扰运动,证明了非线性系统关于姿态角速度、挠性变形位移和应变等扰动变量的稳定性。     

旋转轴系弯曲振动与扭转振动耦合的分析

为进一步提高旋转轴系的安全性 ,研究了旋转轴系弯曲振动与扭转振动耦合问题。通过对推导出的轴系振动微分方程进行分析 ,得到以下结论 :当轴系存在不平衡时 ,弯曲振动与扭转振动之间存在耦合关系 ,而且随着不平衡量的增加 ,耦合作用加强。当转动频率接近于扭转振动固有频率与弯曲振动固有频率之和或之差时 ,可能会发生弯扭耦合共振。弯曲振动引起的扭转振动及扭转振动引起的弯曲振动一般都比较弱 ,对旋转轴系的安全性构成威胁的可能性很小     

大范围运动柔性梁的连续力法撞击动力学分析

该文研究了柔性梁作大范围旋转运动时的撞击动力学问题.采用子系统法建立了考虑"动力刚化"效应的系统刚柔耦合动力学方程,并采用假设模态法描述变形,将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程.采用Hertz接触理论和非线性阻尼理论建立接触-碰撞模型,导出柔性梁含碰撞的动力学方程.文中给出了算例,验证了该文方法,并对大范围旋转运动下的柔性梁的动力学进行了探讨.     

欠驱动2DTORA基于部分反馈线性化的非线性控制设计

具有旋转激励的两自由度平移振荡器(2DTORA)由未驱动的具有2个自由度直线运动的小车和安装在小车上的驱动旋转小球组成,针对这一新型的欠驱动系统,分析其动力学,研究其稳定控制方案.基于拉格朗日方程,建立系统的动力学模型,通过分析动力学的耦合,说明旋转小球目标转角设定在小车2个自由度直线运动方向上时系统是不可控的.采用部...     

机床结合部耦合动刚度的辨识与建模

针对结合部动力学中耦合动刚度的辨识与建模问题,通过频响矩阵建立了结合部动力学理论模型,基于力学平衡条件与位移兼容条件推导了动刚度辨识公式.辨识过程中将难测频响矩阵作为中间变量,避免了估算难测频响所引入的方程误差,构建了包含辨识关系的矛盾方程.通过广义逆矩阵对动刚度进行等效处理,讨论了刚度信息之间的耦合关系,提出了结合部耦合动刚度的建模方法,建立了刚度信息不同程度耦合的动力学模型.最后,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果,证明了该方法的可行性.对比分析了不同动力学模型的预测效果,结果表明:结合部动刚度耦合关系对动力学模型的低频预测性能影响显著,动力学建模时考虑刚度信息的耦合关系是必要的.     

脉冲力加载下的叶片-机匣动力学特性研究

针对叶片与机匣碰摩故障,将叶片简化为悬臂梁,采用Timoshenko梁单元建立了叶片在脉冲力加载下的动力学方程,同时考虑了柯氏力与离心力的影响.对不同转速下的叶片的动力学特性进行数值仿真.通过分析发现,在低转速时,叶尖位移的振动与脉冲力加载同步,并且在力消失后,叶片处于高频振动;而在高转速时,叶尖振动会由于惯性等原因,与力的加载不同步,表现出非线性特征,而自由振动时间较短,很快便进入下一周期,叶片处于低频振动.并且发现,由于离心刚化的作用,使得高转速时叶片的位移要小于低转速时的位移.     

旋转级次抽油杆柱动力学模型及其差分方程

建立了直井中用于驱动井下螺杆泵的旋转级次抽油杆柱扭转动力学分析模型 ,推导出了该模型的一种有限差分方程 ,并给出了方程的收敛条件 .模型中利用了级次抽油杆柱联结处扭矩及转角连续条件和转角的泰勒级数展开式 ,使该差分方程适合于级次抽油杆柱组合的情况 .这种模型及其差分方程配以一定的定解条件后 ,不仅可用于地面驱动螺杆泵抽油系统的杆柱组合优化设计、行为预测 ,也可用于该系统的工况诊断以及杆柱强度校核     

刚体-柔性梁系统的撞击动力学分析

该文研究了刚体-柔性梁系统作大范围旋转运动时的撞击动力学问题。采用子系统法建立了考虑“动力刚化”效应的系统刚柔耦合动力学方程，并采用假设模态描述变形，将偏微分形式的动力学方程转化为常微分方程。基于系统的动力学方程导出撞击时系统的广义冲量-动量方程，与撞击恢复系数方程相结合求出撞击动力学响应。文中给出了算例，验证了该文方法，并对大范围旋转运动下的刚体-柔性梁系统的动力学进行了探讨。     

计算弯曲变形的几何法

弯曲变形问题本质上是几何问题,即杆轴线上任意点的位移都可以视为由起点处横截面的转角和杆的弯曲导致的。基于此来找出位移与微段杆弯曲、起点处横截面的转角的关系式,引入弯曲变形与内力的关系式,从而将杆的位移表示成杆的弯曲和旋转。该方法可以拓展到任意形状杆件的平面弯曲变形的计算,且对比传统方法更具一般性;而且在增加初参数的情况下,该方法可以分析超静定杆件的弯曲变形问题。通过两个求解杆弯曲位移方程的算例,验证了该方法的正确性。     

基于啮合特性的人字齿轮动力学建模与分析

利用人字齿轮啮合特性的分析结果,准确计算人字齿轮轮齿时变啮合刚度激励和误差激励。根据齿轮啮合冲击模型,计算人字齿轮啮入冲击激励。根据人字齿轮的均载传动特性,综合考虑上述3种激励,利用集中参数理论建立人字齿轮12自由度弯曲—扭转—轴向变形耦合的三维空间动力学模型。应用牛顿第二定律,建立系统的振动方程,对方程进行消除刚体位移和量纲归一化处理。采用变步长四阶龙格库塔法(Runge-Kutta)求解,得到系统的振动响应和动态特性。结果表明:人字齿轮动力学模型的建立、求解和分析为其动态设计奠定了基础。     

考虑弹性支承的旋转凸肩叶片动力学特性分析

利用解析方法对考虑弹性支承的凸肩叶片进行动力学建模,在解析模型中考虑叶片的旋转效应、安装角、扭转角以及凸肩位置处截面变化的影响.利用ANSYS软件建立了相对应的有限元模型,验证了所建立的解析模型的有效性.通过所建立的解析模型和有限元模型,分析了叶根处支承刚度和凸肩位置对叶片动力学特性的影响.研究结果表明:随着叶根处支承刚度的增加,叶片的固有频率升高,但支承刚度增加到一定程度后,支承刚度的增加不再引起固有频率的升高;随着凸肩位置至叶尖距离的增加,叶片的第1阶和第3阶固有频率有升高的趋势,而第2阶固有频率则会随之降低.此外,采用解析方法能够明显提高计算效率.