连续梁桥跳车冲击下车桥耦合振动响应分析

为研究车辆在不同工况下发生跳车对变截面连续梁桥动力响应的影响,文章选用1/4车辆模型,采用D’Alembert原理建立车辆振动平衡方程;基于Euler-Bernoulli梁理论将变截面连续梁划分成多个微段并进行受力分析,建立桥梁振动平衡方程,采用模态坐标法考虑振型的正交性对方程进行简化,与车辆振动方程联立得到车桥耦合振动方程,最终理论推导出跳车冲击过程中的车桥耦合振动平衡方程;利用MATLAB自编程序求解车桥耦合振动方程,得出车桥耦合动力响应。研究表明：当跳车高度不断增加时,桥梁动力响应持续加重,位移最大值逐渐增加;当不同桥跨跨中发生跳车时,跳车跨位移响应最大,距离跳车跨越远,位移响应越小。     

细长轴车削加工振动特性分析

根据细长轴车削振动力学理论,建立车削加工过程力学模型,得出细长轴振动特性的固有频率理论计算公式,利用Matlab软件求出振型函数的振动方程曲线.利用ANSYS软件对细长轴车削过程进行模态分析,得出其前3阶固有频率.对比仿真结果和理论振动方程曲线,发现二者结果非常一致,验证了分析结论的正确性.     

移动简谐荷载下浮置板轨道-隧道-地基模型二维振动响应研究

为分析地铁隧道中浮置板轨道的减振特性，基于轨道-隧道-地基二维耦合模型，通过引入位移势函数和双重傅里叶变换，推导了移动简谐荷载作用下二维耦合模型的位移响应解答，研究了浮置板轨道参数敏感性.研究表明，二维耦合模型存在3个自振频率，地层的位移响应以低频为主，峰值频率在1Hz左右，不同荷载频率下地层竖向位移沿深度的变化规律不同.地层加速度响应以中低频为主，第二自振频率对应的地层加速度峰值最大，采用浮置板轨道并不能减少地层振动位移，但可以有效降低1.414倍第二自振频率以上地层振动的加速度响应.增加浮置板质量和降低钢弹簧刚度可以减少地层的加速度响应达到减振目的，改变钢轨扣件刚度和浮置板抗弯刚度对地层加速度响应的影响很小.研究可为地铁环境振动的快速评估提供参考.     

基于行人动力学模型的人桥竖向动力相互作用

基于行人动力学模型,研究了人-桥竖向动力相互作用。行人动力学模型采用以行人步频和体重表示的刚度-质量-阻尼(SMD)模型,人行桥假定为Euler-Bernoulli梁模型,建立人-桥竖向动力相互作用控制方程。采用状态空间法进行非比例阻尼系统瞬时模态的求解,得到系统的时变频率和阻尼比;利用变步长四阶五级Runge-Kutta-Felhberg算法求解时变控制方程,对比分析考虑人-桥竖向动力相互作用和只在人行荷载作用下人行桥的动力响应。结果表明:考虑人-桥动力相互作用,人行桥自振频率略有降低,阻尼有显著增大;当行人以人行桥的频率行走时,考虑人-桥竖向动力相互作用结构的动力响应比不考虑人-桥相互作用显著降低。     

旋转变截面梁自由振动特性研究

本文以中心刚体-变截面柔性梁为对象,研究由中心刚体引起的动力学耦合效应对变截面柔性梁的自由振动特性影响.首先基于哈密顿原理,考虑中心刚体和旋转梁之间的耦合作用以及中心刚体的离心力作用,建立中心刚体-柔性梁的动力学模型;然后,利用傅里叶变换将动力学模型的偏微分方程转换为频域上的常微分方程,并通过数值差分法求解旋转变截面梁的固有频率和振动模态;最后,将本文中的动力学模型经退化后与已发表的不同类型变截面梁自由振动特征进行对比验证,其结果吻合一致.通过数值计算,进一步系统地揭示了变截面的几何特性、中心刚体的旋转速度以及中心刚体-柔性梁的惯量比对振动频率和模态的影响规律.本文的研究工作证实了存在耦合效应的非线性系统的稳态响应反映的是系统宏观的振动特征,这一特征不仅依赖于柔性结构本身固有的振动特性,也依赖于柔性结构的外部运动环境.     

形状记忆合金变截面梁的相变力学行为分析

为掌握形状记忆合金变截面梁在弯曲变形过程中的相变力学行为,基于弯曲变形理论,结合形状记忆合金的本构关系,推导出形状记忆合金变截面梁的非线性控制方程,用分阶段分步骤方法分析变截面梁的相变过程,研究变截面梁的机械载荷、拉压不对称系数和变截面系数对中性轴位移、曲率和相边界的影响,并与有限元结果进行对比.结果表明：变截面系数对相边界和曲率的影响较大,其值越大,中性轴位移的最大值越小,各相边界位置越远离截面边缘;拉压不对称系数对中性轴位移最大值的影响比载荷和变截面系数更大,但对最大值出现的截面位置影响最小;拉压不对称系数对受压侧相边界比受拉侧的影响更大,拉压不对称系数越大,截面受压侧越易发生相变.     

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。     

计及剪切变形复合材料梁的刚/柔耦合动力学特性

研究了计及剪切变形的复合材料梁的刚-柔耦合的动力学特性.从复合材料梁的应变能表达式出发,考虑了几何非线性,用虚功原理建立了Timoshenko梁的动力学变分方程,并用假设模态法将其离散,建立了中心刚体/悬臂梁的刚/柔耦合动力学方程.对中心刚体/悬臂梁仿真计算结果表明,剪切变形对复合材料梁动力学特性的影响大于各向同性材料.在此基础上,研究了Timo-shenko梁和Euler-Bernoulli梁模型的频率差异,根据频率误差研究了Euler-Bernoulli梁模型对于复合材料梁的适用性.     

流体在管道中流动时管道的自振特性研究

基于三维弹性理论及欧拉线性方程,采用位移-压力格式有限元方法,得到附加矩阵。通过叠加附加矩阵把流固耦合结构振动问题化成普通的结构振动问题,建立了流体在管道中流动时结构振动的有限元方程,研究了流体在管道中流动时结构的自振特性,重点研究了流体速度对管道自振频率的影响。研究表明,管道各阶自振频率随着流体速度的递增呈递减的趋势。     

车削过程的三维有限元数值模拟

根据三维有限元法,提出车削过程弹塑性大变形的热-力耦合模型,并模拟了超细晶WC硬质合金车刀对AISI-1045碳钢的车削.车削工艺参数为:前角-5°、车削速度1×103mm/s、车削深度1.0mm、车削宽度3.0mm、进给量0.5mm/s.通过车削温度场与应力场的三维有限元模拟,分别得到刀-屑接触区最高温度、车削力与进给力相对车削位移的变化规律.由模拟结果发现,通过改善车刀结构,刀-屑接触区平均温度峰值由430℃下降为365℃;车削力平均值由1500N降至1400N.结果表明,三维有限元模拟可有效地仿真实际车削工艺环境,为优化车削工艺提供参考.     

透平发电机组轴系扭转振动特性研究

本文用连续质量法建立了单元透平发电机组轴系扭转振动的数学模型,分析了挠性叶片对轴系扭振特性的影响.在此基础上论述了并列耦合运行机组的扭振特性.     

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。     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

水流激励对水轮机主轴系统扭振固有频率的影响

以混流式水轮发电机组主轴系统为研究对象,针对主轴系统存在扭振的情形,应用有限元法建立主轴系统动力学方程,利用理论力学和流体力学知识推导转轮内的水流对主轴系统所产生的作用力矩,得到水轮机转轮内水流激励向量,应用振动知识建立主轴系统的扭振频率方程,并根据扭振频率方程研究转轮内水流激励对主轴系统扭振固有频率的影响.研究表明:水轮机转轮内的水流激励不仅与水力参数有关,而且还和主轴系统的扭振有关,在水流激励的作用下,主轴系统扭振固有频率将比其未受到水流激励作用时的扭振固有频率有所降低,其中第一阶扭振固有频率降低幅度最大.最后通过实例对理论分析结果进行验证.     

Dynamic Performance Analysis of the Coupling Shaft System in a Carpet Tufting Machine Utilizing the Transfer Matrix Method

The dynamic performance of the coupling shaft system in a carpet tufting machine is the most critical factor affecting the carpet tufting machine's efficiency,and the product quality of the tufted carpet. To determine how to avoid resonance produced by the coupling shaft system's vibration during the weaving process,the dynamic performance of a coupling shaft system in a carpet tufting machine was analyzed. Focusing on a DHGN801D-400 carpet tufting machine,a dynamic model of coupling shaft system was established by utilizing transfer matrix methodology. On the basis of this model,the natural frequencies and mode shapes of the coupling shaft system were obtained through simulations. The correctness of the theoretical model and the dynamic performance of the coupling shaft system were validated by experiments. The first order natural frequency of the coupling shaft system was close to 600 r / min. A conclusion can thus be drawn that operating the carpet tufting machine near this speed should be avoided as much as possible.     

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     

引信齿轮传动系统扭振固有频率的设计灵敏度

研究钟表时间引信齿轮传动系统扭振固有频率的设计灵敏度问题,建立了齿轮传动系统动力学控制方程,推导了固有频率对引信传动系统设计参数的灵敏度公式,其参数是齿轮轴的扭转刚度,齿轮和轴上零件的转动惯量以及各级传动比,为引信齿轮传动系统动力学设计提供了方法。     

冲击刀具破碎机模态分析及其减振优化

冲击刀具破碎机在工作时会产生较大激振。为研究破碎机振动和固有频率之间的关系,避免共振现象的产生,以某冲击刀具破碎机为研究对象,运用有限元软件建模分析其计算模态,通过力锤敲击激励实验测试其实验模态,并将计算模态与实验模态进行对比。结果表明冲击刀具破碎机的前8阶固有频率集中在133.28Hz到272.18Hz之间,且主要变形部件集中在入料口、轴承座、储料箱后壁、主轴、反击板 5 个部件。对主轴进行动态分析以及外壳结构进行优化之后,破碎机的工作频率很好的避开了共振频率范围,为冲击刀具破碎机的减振改进设计提供了数值依据,也为破碎产品的减振优化提供了一种行之有效的方法。     

部分浸入水中弹性支承Timoshenko梁动力特性

研究了部分浸入流体中自由端具有集中质量块的等截面弹性支承Timoshenko悬臂梁横向振动的固有频率和振型特征.考虑梁横截面转动和剪切变形以及集中质量块引起轴向压力的影响,建立了支承处弹性水平位移约束和转动约束耦合情形下悬臂梁横向自由振动的数学模型.由于集中质量块的惯性力和惯性矩,此模型的边界条件与振动频率相关.推导了Timoshenko梁的频率方程和振动模态的广义正交条件.数值研究了集中质量块质量、转动惯量、质心距以及弹簧刚度系数等参数对Timoshenko悬臂梁固有频率的影响.数值结果表明：由于横截面转动和剪切变形效应的影响,相比于Euler-Bernoulli梁模型,Timoshenko梁的固有频率减小,对高阶频率的影响尤为显著;弹簧刚度耦合项的增大将减小梁的固有频率;轴向力的增加将减小梁的低阶固有频率,但对高阶固有频率的影响不大.     

驻留人群-结构耦合体系竖向动力特性

为研究人-结构竖向相互作用中驻留人体模型的适用性,基于质量-弹簧-阻尼(mass-spring-damper, MSD),质量-弹簧-阻尼-附加质量(mass-spring-damper-added mass, MMSD)和刚性质量(rigid mass, MR)三类人体模型,建立了人群-梁耦合体系动力方程,分析了单人作用位置以及人群数量对耦合体系动力特性的影响,以加速度峰值和均方根加速度为指标,评估了三种模型对振动响应的敏感程度。结果表明:MMSD模型和MSD模型对耦合体系动力特性的影响趋势一致,但结果的相对误差会随人群密度的增加而放大;MR模型对体系前两阶频率作用相同,对模态阻尼比的影响可忽略不计,不适用于人-结构相互作用分析;3种简化模型均降低了体系振动水平,合理考虑驻留人体对耦合体系动力特性的影响可提高结构振动分析精度。