基于实测振型阻尼比的有限元模型仿真算法研究

阻尼是个复杂的问题,需要假设的阻尼更接近于真实结构,且合理又易于有限元建模.在工程实际中,质量和刚度矩阵可以通过模型修正技术来得到较好的仿真,但在结构模型中能否适当地模拟阻尼仍是个问题.在仅考虑经典阻尼系统的情况下,提出了一种在有限元模型修正后得到的高仿真质量和刚度矩阵的基础上,结合实测模态参数的数据获得阻尼矩阵的技术,从而建立环境激励下基于实测模态参数的有限元仿真模型方法.数值算例说明了所提出方法的有效性与实用性.     

结构动力模型修正的一种迭代法

提出一种结构动力学模型的修正方法．该方法首先利用模态理论的正交关系，建立了结构初始质量和刚度矩阵的修正方程，然后利用一种数值稳定的迭代法求修正参数。通过模型修正的实例表明，修正后模态参数与实测结构的模态参数吻合较好。     

基于改变结构刚度模态试验的动力学模型修改

提出了一种新的动力学有限元模型刚度与质量矩阵的修正方法.在分别测量原结构动力学系统的模态和改变结构刚度后的动力学系统模态基础上,利用矩阵计算和代数方程求解,计算出原结构有限元模型的刚度、质量矩阵的修正量.文中用实例研究了用非完整模态集进行模型修正时,实测模态阶数与模型修改后刚度、质量阵元素及模态频率、振型的计算精度之间的关系,从而证明了本文所给出方法的可用性以及当误差局限于局部小区域时该方法所具有的易用性与准确性.     

机床支撑地脚结合部参数辨识方法

支撑地脚动态特性直接影响机床整机的动态特性,对地脚结合部进行参数辨识可以更准确地建立机床整机动力学模型。该文提出一种地脚结合部等效刚度和阻尼的辨识方法。将某床身试验台的地脚结合部等效为3向弹簧阻尼系统进行动力学建模,通过模态试验得到床身的模态频率与阻尼比,由此辨识出地脚结合部的等效刚度和阻尼。然而,该方法无法直接对任意支撑状态下的地脚等效参数进行辨识。针对这一问题,该文先对均匀质量床身对称支撑状态下的地脚结合部进行参数辨识,然后改变地脚所受正压力的大小,重复参数辨识过程,得出结合部参数与正压力的关系,用于计算任意承重状态下的地脚结合部参数。参数辨识结果表明,地脚结合部等效刚度和阻尼均随着正压力的增大而增大。通过有限元仿真对参数辨识结果进行了验证,考虑地脚参数的有限元模型仿真结果与试验结果一致。     

轴承结合部动态参数识别与等效分析模型的研究

针对轴承结合部有限元分析模型参数难以确定的问题,提出了基于模态实验数据的建模方法,分析了球轴承接触变形的特点.利用拉格朗日力学分析原理建立了球轴承装配结构3自由度的动力学方程,依据模态实验测得的固有频率和阻尼比,采用最小二乘法解得单个钢球在接触法线方向上的刚度和阻尼,进而计算得到了轴承结合部在径向、轴向以及转角等3个方向的刚度和阻尼.采用弹簧阻尼单元模拟轴承结合部的结构动力学方程,通过与由拉格朗日力学分析原理建立的动力学模型的对比,来确定弹簧阻尼单元的数值,并建立了轴承结合部有限元分析模型.研究结果表明:在对装配结构有限元进行分析计算时,结构前3阶固有频率及振型与实验测得的振型一致,对应固有频率的相对误差在5%以内.     

基于结合面的机床摄动分析及优化设计

从简单结构的动力学本构出发,采用撮动理论对基于结合面的机床整机动力学特性进行了分析,指出了结合面的参数变化对整体质量、刚度和阻尼矩阵的影响.通过对比摄动前后刚度和阻尼矩阵的变化,阐述了在整体刚度矩阵摄动下机床动态性能的变化规律,并对动梁式龙门机床进行了特征值的灵敏度分析和定量化动态优化设计,指出了4个结合面刚度对机床固有频率的影响程度,获得了将机床第1阶固有频率从29 Hz提高到35 Hz所需的导轨结合面的确定刚度值.有限元仿真结果表明,特征值一阶摄动法的误差在5%以内,从而为机床结合面的定量化设计提供了理论依据.     

数控机床主轴刀柄锥配合结合部动力学建模

在分析现有主轴刀柄动力学建模方法缺点的基础上,根据刚度影响因子的概念,建立了锥配合结合部动力学模型,并利用结构动力学矩阵与频率响应函数矩阵互逆的特性,识别出结合部的动力学模型参数.实验表明:计算出的模型固有频率与模态实验得到的值的相对误差在10%左右,验证了所建模型的有效性.     

机床模态测试技术的应用

机床的模态测试技术应用越来越广泛,机床模态测试技术主要应用方向为:建立机床的动力学模型进行动态特性分析、机床的稳定分析以及在线监测。对现在常用到的模态测试的原理进行了介绍。机床模态测试技术主要包括三方面内容:激励、测量和分析,由实测激振力和振动响应求出频率响应函数后,根据频率响应函数与模态参数之间的关系式,经过分析计算振动系统的模态参数,建立机床的动力学模型,用于对机床进行动力学分析。对机床模态测试技术的应用进行了总结,对机床模态测试的流程进行阐述。     

坐标测量机动力学刚度估计与加速度误差补偿

提出了用于坐标测量机(CMM)加速度误差补偿的气浮导轨的刚度和阻尼的估计方法.利用CMM框架模型建立振动方程,并转化为包含刚度和阻尼参数的惯性系统的频响函数形式.通过试验测试了CMM系统的加速度频率响应,由相应的Bode图而非Levy法估算了CMM气浮导轨的刚度与阻尼,对参数辨识后的CMM系统进行模态分析,从而得到了采用模态叠加法的加速度误差补偿模型.试验表明,用该方法进行的加速度误差补偿,CMM测端处误差预测值与实测倬的相关系数大于0.7,证明了该方法的可靠性.     

复模态分析中的共轭子结构解法

本文论述了机床结构在一般阻尼情况下的复模态分析中,采用“共轭子结构解法”来求解机床动态特性的模态参数表达式。“共轭子结构解法”以共轭复模态矩阵作为模态变换矩阵,整机相应分解为两个共轭子结构。利用振型叠加原理,求得整机的动态特性的模态参数表达式。“共轭子结构解法”简化了复杂的计算过程,也适用于其它复模态分析计算。     

利用测试得到的不完全复模态参数修改结构动力模型

本文提出一种由测试得到的不完全复模态参数修改结构动力模型的方法。该方法不需迭代计算,易于程序化,适用于含有一般粘性阻尼的复杂结构,可以实现对结构分析模型的质量、阻尼和刚度矩阵的最小变化修正,使其特征解与测试结果一致。文中通过一个数值计算例子说明了该方法的有效性。     

立铣再生颤振闭环控制系统的设计

基于再生颤振机理,研究和建立动态铣削加工振动系统的闭环控制系统,以及其传递函数模型.应用模态分析理论,研究加工振动系统的复模态振型,实现其传递函数矩阵模态参数,包括模态质量、模态阻尼和模态刚度等的辨识,为动态铣削加工振动的预估和有效控制奠定理论基础.     

唇形密封圈对轴承转子动力学性能的影响

采用传递矩阵法构建了转子-轴承-密封系统的动力学模型,并建立了唇形密封圈径向刚度、油膜刚度和油膜阻尼的计算方法。以某核电站离心风机转子为研究对象,计算并分析了转子-轴承-密封系统弯曲振动的固有频率、阻尼衰减因子、模态振型和不平衡响应,以及唇形密封圈过盈量和轴偏心量对离心风机轴承-转子-密封系统动力学性能的影响,为转子-轴承-密封系统动力学性能的研究提供理论依据。     

结构柔性对系统碰撞动力学响应的影响

针对在重力场下作大范围回转运动的柔性梁与一固定斜面发生斜碰撞的情况,根据Hertz接触理论和非线性阻尼项建立法向碰撞接触模型。引入线性切线接触刚度建立切向碰撞接触模型,以考虑接触过程中由于切向相对速度的换向作用引起的摩擦力的变化。利用假设模态法和Lagrangian方程建立系统含碰撞过程的一致线性化的动力学模型。最后根据不同刚度下的柔性梁的动力学仿真计算,探讨了结构柔性对系统碰撞过程动力学行为的影响。     

直线滚动导轨结合部动力学特性测试及参数识别

基于辨识原理,提出了导轨结合部动力学参数的试验辨识流程,包括标记测量点、频响函数测试、测试数据处理、编制辨识程序等步骤.以组装在床身上的THK导轨结合部为对象,进行了动力学特性测试.并应用Matlab编制了辨识算法,识别出导轨结合部系统法向方向的质量矩阵、刚度矩阵、黏性阻尼矩阵和结构阻尼矩阵,证明了动刚度矩阵法辨识导轨结合部动力学参数的有效性.     

线性阻尼系统设计的新途径——模态阻尼比矩阵理论的应用

本文应用多自由度系统临界阻尼矩阵和模态阻尼比矩阵理论,提出了设计线性阻尼振动系统的新途径。根据已知系统质量矩阵、刚度矩阵和所希望得到的系统振动状态,适当选择、配置阻尼即可达到欲想的设计效果。这种设计思想是在振动控制方面的一个尝试。本文以二自由度和四自由度为例,介绍了利用临界阻尼矩阵和模态阻尼比矩阵理论设计各模态为临界阻尼和过阻尼的振动系统的设计方法。     

基于虚拟质量的飞机颤振快速分析方法

针对研制初期,飞机结构设计参数存在严重不确定性,颤振设计工作难以快速有效推进的问题,开展了方案设计阶段飞机颤振快速分析方法研究。采用虚拟质量法,通过在原结构一定位置施加虚拟质量,建立可覆盖局部结构参数变化的统一模态振型,然后将此虚拟质量从质量矩阵中移除,以防止影响原结构的动力学特性,并采用虚拟质量模态振型对不同参数下的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵以及气动力矩阵进行广义化,建立虚拟质量模态空间下的颤振方程,并采用g法求解,得到不同参数下的飞机颤振速度。建立了一种飞机颤振快速分析方法,在面对大量参数开展敏感性研究分析时,能有效减少模态分析次数,提高飞机方案设计阶段分析效率。通过算例对比分析可知,该方法计算精度与传统方法基本一致,满足工程需求。     

转子系统状态矩阵与稳定性分析

建立了考虑机匣弹性和陀螺力矩以及轴承回转动力激励时的悬臂双盘转子系统的动力学模型和运动微分方程.根据稳定性理论,由状态矩阵特征值的性质,分析了一些结构参数对转子系统稳定性的影响.结果表明:轴承回转动力激励、轴承刚度和转速对系统稳定性均有较大的影响;增大阻尼和机匣刚度对系统稳定运行有利;存在一个临界轴承刚度,当轴承刚度大于临界轴承刚度时,系统存在运动稳定区域,否则系统不存在运动稳定区域.     

基于子结构技术的并联装备动力学分析

考虑并联装备动力学系统机构-结构耦合、时变、非线性的特点,基于模态综合的思想,提出构造其弹性动力学模型的自由界面子结构法.该方法手续简便,效率高,便于对结构参数进行动力学优化,从而为该类复杂时变系统的动刚度预估和动态设计奠定了重要的理论基础.利用所建模型对一类外副驱动的并联机床进行动力学研究,所得结论已用于样机开发.     

偏心敏感部件整体式隔振系统建模与分析

在航空航天领域,往往采用整体式隔振(WBVI)系统保护敏感设备。敏感设备质量偏心的存在会改变隔振系统的动力学特性,引起线振动与角振动的耦合,不仅增加了隔振系统设计的难度,而且会影响敏感设备的性能和工作精度。本文根据Lagrange方程建立了偏心敏感部件整体式隔振系统的动力学模型,其刚度矩阵和阻尼矩阵的非零非对角线元素体现了不同方向振动的耦合;依据此模型对系统进行了模态分析、谐响分析和宽频随机响应分析,并研究了谐振频率、响应峰值及对应频率、随机响应均方根值与偏心之间的关系。结果表明偏心的存在改变了系统的动力学特性,引起了不同方向振动的相互耦合,对结构动力学特性和响应特性有着不可忽略的影响。