超声扭转振动系统局部共振的有限元仿真研究

应用有限元方法，对超声扭转振动系统局部共振做出仿真研究．分析了阶梯形变幅杆谐振频率随粗细端长度及截面直径比的变化规律．结果表明，局部共振不仅与粗细端直径比有关，还与两段杆的长度有关．将长度比控制在一定范围内，可使系统谐振频率更接近于四分之一波长细杆的谐振频率．在实际应用中，可适当设计两端长度比，使系统更好地工作于局部共振状态，这对实际振动系统的设计具有一定意义．     

复合振动系统中“局部扭转共振”现象的研究

本文从扭转振动波动方程出发，推导出了具有“类圆锥”过渡段的复合阶梯型扭转变幅杆的频率方程和放大倍数的解析表达式．从实验和理论上对该复合变幅杆的谐振频率随细端长度和直径的变化进行了测量和计算．通过对比，首次证明了复合振动系统中“局部”扭转共振现象的存在，并给出了其产生条件．     

汽车仪表板及转向管柱模态分析

转向系统和仪表板的怠速振动是整车NVH(Noise Vibration and Harness)性能的重要组成部分,为了满足NVH要求,运用HyperMesh软件建立汽车仪表板及转向管柱的有限元模型,并运用NASTRAN软件计算仪表板频率在35 Hz以下的局部或整体固有模态特性及转向盘上下振动与左右振动频率.结果表明,仪表板处的局部振动频率与发动机怠速激振频率接近,容易产生怠速共振现象,最后提出改进建议以避免发生怠速共振现象,从而改善汽车的NVH性能.     

弯曲振动圆盘变幅器的动力学特性研究

根据圆盘在珩齿加工过程中只有圆节线的弯曲振动,并采用圆锥型变幅杆,推导了变幅杆和圆盘组成的变幅器的频率方程,求出了变幅器设计参数的数值解;用有限元对该变幅器进行模态分析,发现谐振频率与数值解接近.在此基础上,对设计的变幅器进行了动力学实验,测得的动力学参数与理论结果一致.通过计算变幅器中变幅杆和圆盘各自独立的谐振频率,发现与变幅器的谐振频率误差较大,说明变幅器设计时必须同时考虑变幅杆和圆盘的影响,否则设计的变幅器谐振频率误差过大.     

悬臂梁压电发电机的基频谐振频率与功率

为了消除悬臂梁振动压电发电机的Roundy理论模型因未考虑质量块长度而带来的误差,在考虑质量块长度的前提下,以质量块质心作用于悬臂梁处的挠度为自由度,建立了悬臂梁振动压电发电机的模型,并得到了基频谐振频率、输出电压和输出功率的理论表达式.数值仿真表明:当质量块长度与悬臂梁长度接近时,该模型与Roundy模型之间的偏差较...     

生物液膜振荡器中的振动共振

通过数值模拟的方法研究了生物液膜振荡器在高、低两种不同频率信号作用下的振动共振现象。结果表明：体系线性响应随高频信号振幅的变化发生了多重振动共振,且低频信号的频率越低,系统的多重振动共振强度越大。体系线性响应随高频信号频率的变化可以发生高频频率依赖的多重振动共振,体系对大振幅低频信号的放大程度要比小振幅低频信号大;低频信号频率越低,系统的高频频率依赖的多重振动共振强度越大。通过负反馈机制可以有效调节体系多重振动共振峰的个数和高频频率依赖的多重振动共振的强度。当低频信号的频率等于高频信号的频率时,体系可以发生类频率共振强化的振动共振。     

物体的非共振固有振动与谐波共振的区别实验研究

在非完全强迫振动系统中,当简谐策动频率是系统固有频率1／n（n=2,3,4,…）时,在非共振状态下系统也会产生固有振动,即称为非共振固有振动,证明了它不是谐波共振,区别是非共振固有振动的振幅可远大于策动源中同频谐波幅度不是等幅振动,而谐波共振时则不是这样。     

纵扭共振旋转超声加工系统设计

针对目前纵扭共振超声加工系统中存在的振动方向单一、加工难度大等问题,该文设计一种新型螺旋槽式纵扭超声加工系统,通过数值计算法对纵扭超声加工刀柄进行了结构设计,运用有限元软件Workbench分析结构参数对超声振动系统谐振频率的影响规律,并在此基础上对纵扭超声加工系统进行瞬态分析。仿真结果表明,该旋转超声加工系统能够实现纵扭超声振动,且谐振频率与设计值误差为1.675%,振幅可达到预期要求。最后对该纵扭超声系统进行振幅测试,实验结果表明,纵振振幅为9.3μm,扭振振幅为4.5μm,验证了该文设计方法的合理性和正确性。     

动车组车辆地板振动问题及其优化

针对某型动车组高速运行时地板振动脚感发麻问题,对该车进行了线路运行试验.通过振动传递分析与运行舒适度分析发现,车体钢结构振动经弹性支撑元件传递至地板后,在20~50Hz频率范围的振动被放大,且该频率范围覆盖了人体腿部敏感频率,导致乘坐时脚感发麻.为进一步研究地板振动放大机理,建立了包含地板的车体精细化有限元模型,并对模型进行验证.有限元分析结果表明,原地板弹性支撑刚度参数不当,导致地板局部模态频率与车体钢结构局部模态频率接近,进而导致地板与车体底架发生局部共振现象,地板振动能量被放大.针对地板弹性支撑参数不当进行了优化研究,并对优化方案进行了试验验证.试验结果表明,优化设计有效地解决了地板振动发麻问题.     

铲斗振动掘削岩土分析与岩土固有频率的估测方法

利用铲斗液压缸的工作压力模拟液压挖掘机铲斗挖掘工作时的阻力情况;对振动掘削与普通掘削的掘削效果进行对比实验研究;以共振理论为出发点,结合实验结果分析岩土共振对振动掘削过程的影响;应用共振理论,通过激振频率对比实验,采集多个频率下铲斗的最大挖掘阻力,利用最小二乘法确定岩土颗粒的固有频率。研究结果表明,振动掘削相对于普通掘削在减小挖掘阻力方面效果显著;当铲斗激振频率与岩土颗粒固有频率接近时,铲斗挖掘阻力最小。     

机械谐振式热声制冷机模态频率研究

研究了一种机械谐振式热声制冷机结构,建立了装置机械谐振系统的二维模型,从振动方程中分析获得了系统的模态频率关系,同时研究了振动质量、机械和气体弹簧、腔体尺寸以及工作压力等参数对模态频率的影响.研究结果显示系统存在两个模态频率,且频率随谐振参数的变化出现分岔.通过对谐振参数的设计和调节,装置可以获得所需的特性和谐振频率.     

惯性式振动机过渡过程的动态响应分析

目的研究单轴惯性振动机过共振区的振动振幅在起动和停车过程中的变化规律,确定振动系统在振动过程中的共振时的最大振幅,解决具有三自由度的振动机起停过程的偏心块转动量、振动机位移与速度变量随时间的变化问题.方法以振动力学为基础,对单轴惯性振动机在过渡过程中,建立振动系统动力学模型,采用将龙格-库塔法数值积分方法和解析法相结合的方法,对惯性振动机起动与停车过程中的偏心块角速度、主振动方向位移和速度变化进行编制程序.结果在起振过程中的共振时的理论幅值与实测共振幅值相差0.000 44 m,在停车过程中系统共振时的幅值与实测共振时的幅值相差为0.000 5 m,理论分析结果与实测结果十分接近.结论对单轴惯性振动系统建立的理论推导与实际工作状况符合,可为惯性振动系统共振中振幅研究提供有效的理论依据.     

基于声发射的超声谐振频率在线监测系统研究

采用基2FFT算法原理编制了快速傅里叶变换程序,利用计算机声卡采集数据,通过测量超声振动系统的声发射信号,实现了超声振动系统谐振频率的在线实时监测。该系统为评价超声加工效果,分析加工过程中的力及其他加工参数对振动系统的影响提供了手段。     

基于整机的龙门起重机动态特性分析

以整机为研究对象对集装箱龙门起重机的动态特性进行研究,建立基于ANSYS软件的龙门起重机动态特性分析模型,得到整机系统各阶模态下的固有频率和固有振型.当整机系统受到的激振力频率与系统某一固有频率接近时,有可能引起结构共振,造成系统结构的疲劳破坏或刚度不足.设计人员可以在设计过程中合理确定结构参数,改变整机振动出现的频率范围.     

微机械振动陀螺闭环自激驱动理论分析及验证

根据微机械振动陀螺驱动控制的要求,对基于自动增益控制的自激驱动陀螺系统进行了理论分析,在系统存在相位不平衡时,利用近似平均法得到了结构的起振条件及稳态幅度表达式。理论分析和实验测试表明：参考电压须大于某一临界值结构才能起振,较大的参考电压能达到大的稳态振幅,提高信噪比;系统相位偏差将导致系统谐振频率偏离固有谐振点,同时引起稳态振幅变小;改变滤波器时间常数能改变起振时间。陀螺闭环自激系统测试得到谐振频率10 min内稳定度达到±8 ppm,振动幅度1 h内最大漂移0.1%。     

套管柱在钻井液-水泥浆耦合系统中振动特性的数值模拟

利用ANSYS Workbench数值模拟软件分析了油井环空内套管柱共振响应特性,研究了振动波在套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统中的传播规律。结果表明,套管柱共振频率随自身长度的增加而逐渐减小;套管柱底端振幅随频率、套管壁厚的增加而减小,随激振力的增大而增大;振动波衰减曲线分为快速衰减和缓速衰减两部分,振动波衰减速率随激振频率、套管壁厚的增加而逐渐减小,随激振力增加而加快;"强激振力+薄壁套管+低频"组合下共振效果明显,适合改善局部井段固井质量,而"弱激振力+厚壁套管+高频"组合振动波作用距离较远,适合提升长井段固井质量。     

十字型微谐振梁多场耦合振动及信号分析

微机电系统（MEMS）又称微系统或微电子机械系统，是在微电子技术基础上发展起来的一种高科技微型器件或系统。MEMS集光刻、腐蚀、LIGA、硅和非硅表面微加工、精密机械加工等技术于一体，其尺寸在微米量级。利用微加工技术生产的微传感器以结构简单、灵敏度高和工作稳定等特点而广泛应用于工程实际中。微传感器通常采用静电激励与电容检测方法检测信号，即利用谐振梁振动时的位移变化导致电极之间的距离变化，从而使电极之间的电容值产生变化，检测到的电容变化频率即为谐振梁振动的频率。为解决微传感器电容检测信号微弱、检测精度较低的问题，提出了一种十字型微谐振梁。为研究微谐振梁的多场耦合效应，在考虑范德华力、电场力的情况下建立了谐振子的多场耦合非线性动力学方程。采用林滋泰德-庞加莱法求解获得其非线性振动的动态位移，分析了多物理场参数对于谐振子振动位移平均值以及电容变化量的影响规律。运用微纳加工手段制作出十字型微谐振梁，采用静电激励-电容检测方法进行了谐振频率和振动位移导致的电容变化量测试。结果表明：十字型谐振梁增大了极板面积，电容变化量增加，其信号强度更强。当面积增大75%时，电容变化量为原来的4.2倍，信号强度...     

纳米梁非线性振动的静电反馈控制

针对静电激励作用下纳米梁非线性因素导致的振动不稳定问题,研究了当激励频率接近系统固有频率一半时纳米梁在静电激励作用下非线性振动的超谐共振控制。设计纳米梁非线性振动平行板静电反馈控制器,利用石墨烯薄膜阻变特性提取纳米梁的振动信号,利用静电反馈控制方法控制纳米梁的非线性振动。采用多尺度法研究纳米梁谐振器非线性振动超谐共振及其解的稳定性,得到类线性弹簧系统临界控制电压,并给出纳米梁尺寸和结构参数设计范围,为纳米梁谐振器的制造与控制提供理论分析和计算方法。仿真分析结果表明,反馈控制电压能够有效消除静电驱动非线性现象。     

热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS建立热声热机模型,从结构动力学角度进行模拟研究,对其进行结构静力、模态和谐响应分析。在热声系统的关键位置布置监测点,得到热声系统内部位移、应力和应变等参数随压力和频率的变化关系。研究结果表明:随着充气压力的提升,应力应变基本呈现线性增大的趋势,且峰值点一一对应。随着结构模态的提高,热声热机的应力和应变因位置的不同而存在差异;热声系统的3阶和4阶模态下固有频率接近气体介质的振荡频率;由谐振管内表面布置的监测点所得结果可知,高密度的气体介质的振荡会在回热器中产生振动激励和声激励,并作用于谐振管,使声波和固体介质产生共振和耦合。     

外接电感对轻负载阶梯型换能器频率的影响规律

现功率超声技术已被大范围应用,在实际加工中,其振动实现器件换能器的工况取决于外接负载阻抗的大小变化以及加工过程中换能器的温度变化;随着负载变化,换能器的谐振频率也将发生改变,导致与发生器输出频率不匹配,从而对换能器的输出振幅及加工效率产生负面影响。为得到规律,分别使用换能器的理论设计、仿真以及试验方法研究了轻负载下外接电感对换能器谐振频率的影响。结果表明：随着换能器变幅杆伸入水中长度的增加,换能器的谐振频率呈上升态势;通过外接调谐电感,换能器谐振频率会得到一定量的补偿,使其重新回到预先设定的频率值;随着外接电感值的增大,换能器的谐振频率会下降。可见使用电感负载可以有效解决换能器外接负载导致的频率漂移问题。