超声直线电机工作过程仿真

在建立超声直线电机三维参数化模型的基础上,应用压电耦合理论、有限元理论和技术,开发了超声直线电机的虚拟样机系统;在模态分析的基础上,确定了该型电机的关键结构参数;对超声直线电机的工作过程进行了瞬态分析.瞬态分析结果表明,单脉冲驱动进给量可以达到纳米级;其z相位移与时间不是严格的线性关系.根据仿真研究结果,加工制造出了超声直线电机.初步试验结果表明,超声直线电机工作性能与仿真分析结果基本一致.     

超精密气浮轴承垂直方向的动力学分析

针对超精密气浮轴承垂直方向的动态特性易受多种因素的影响,且各影响因素有极强的耦合性的特点,运用纳维-斯托克斯方程和牛顿力学方程建立了气浮轴承的动力学解析模型,通过求解该模型,研究了系统惯性项、对流项和几何项对系统动力学特性的影响机理,导出了在惯性项为扰动张量下的系统稳定性方程,获得了一维气浮轴承全动力学的解析渐近结果.仿真结果表明,所建立的解析模型正确地反映了超精密气浮轴承的动力学特性,得出的解析结果与仿真结果是一致的.     

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.     

基于在轨辨识的空间柔性结构振动控制

为抑制空间柔性结构的振动,必须进行在轨动力学参数辨识,实时获得系统参数。该文针对空间柔性结构,建立了基于在轨辨识的振动控制方法。该方法运用特征系统实现算法辨识得到系统的动力学参数,然后利用辨识得到的参数设计最优控制器,抑制结构的振动。仿真和实验的结果表明,该方法辨识要求的数据短、辨识速度快,对主要振动模态的抑制效果明显,适合于空间柔性结构的在轨控制。     

采用ARMAX模型的精磨非线性振动系统辨识

基于外源自回归滑动平均模型(ARMAX),提出改进的动态偏心精密磨削非线性振动系统的二阶振动微分方程解耦算法,获得其传递函数系统模态参数,主要包括模态刚度、模态质量和模态阻尼等的辨识.结合模态辨识理论,优化复模态振型的振动系统传递函数矩阵模态参数的模态留数或模态参数形式辨识算法,并进行相应实验验证.验证结果表明:该复模态振型振动系统解耦算法实现重构传递函数曲线低频区域局部振动特征,计算精度较高,有效应用于精密加工过程非线性振动的预估和控制.     

线性粘弹性弹支多转子系统参数辨识

提出了带线性粘弹性弹性支承的多转子系统物理参数辨识的一种方法。该方法把多转子系统看作复合结构,用动态子结构分析的阻抗匹配法进行动力学计算,用增广拉格朗日乘子法对系统特征方程的系数行列式作迭代计算,获得系统物理参数的辨识结果。该方法可以准确计入陀螺力矩的影响;避免测量振型参数;并利用系统的稀疏模态和小阻尼等特点简化了分析;还介绍了一种建立线性粘弹性弹支多转子系统动力学模型的方法。计算结果与实验结果吻合良好     

肠道无创诊疗系统的微型直线驱动器技术

介绍了一种新型仿蚯蚓蠕动微型机器人直线驱动器的结构,建立了微型直线驱动器有限元模型,根据有限元模态分析结果设计并优化了微型直线驱动器,避免了系统共振的产生.建立了该微型直线驱动器的数学模型,并进行了动力学分析.仿真和实验表明,该微型直线驱动器的阶跃响应时间短,受负载变化影响小,在额定电压工作时驱动力达可到2.55N,温升在36℃以下.研究结果为仿蚯蚓蠕动机器人在人体肠道运行的安全性和可行性提供了理论基础.     

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。     

大负载精密驱动超磁致伸缩直线电机动力学建模与仿真

基于一种新型的精密大负载超磁致伸缩直线电机进行了整机动力学建模和仿真,尝试分析巨磁致伸缩直线电机的频率特性和负载特性,提供了一种对于尺蠖运动超磁致伸缩直线电机进行整机建模和性能分析的有效方法. 在建模过程中,采用Jiles Atherton磁滞模型以补偿磁滞回对直线电机输出的影响,并提出了直线电机驱动大负载时的滚动摩擦修正. 通过建模与仿真,验证了直线电机结构设计方案的可行性. 仿真和实验对比结果表明,该动力学模型实现了超磁致伸缩直线电机的变激励、变负载运动的准确模拟.     

双振子型直线超声电机

为提供驱动精密直线进给系统所需要的低速大力矩超声电机,提出了一种双振子型直线超声电机,该电机由2个对称的利用弯曲模态作为工作模态的摇头型振子组成,每个振子包含一个压电堆--它由4片夹心PZT-4压电陶瓷片组成.研究确定了柔性支架安装位置.然后,通过仿真计算选取该电机工作模态为三阶弯曲振动B3模态.经过模拟电机工作环境并对电机进行工作测试,可得出该电机在小预压力情况下,电压峰峰值Up-p为311 V时测得最大空载速度v0为704 mm/s;预压力F0为12.69 N、 Up-p为226 V时,堵转力F为2.1 N.测试结果表明该电机基本满足驱动精密直线进给系统的要求.     

使用随机子空间法解决受力加速度响应的模态参数识别问题

当外力为高斯白色噪声激励,并且已知线性动态系统的初始条件时,加速度动态响应的随机递减函数和自由衰减振动响应不相等,这是因为在白噪声激励下此随机递减函数中存在一个奇异点;而直接使用有外力嵌入的受力加速度响应会对参数识别精度产生影响。针对随机子空间方法应用于加速度数据的数学基础加以论证,并证明用加速度响应来进行模态参数识别时,将会出现一个识别偏差问题;该偏差问题是因为其加速度相关函数,还受到外力之相关函数的影响。对原始随机子空间方法进行改进,采用无加权模式对Toeplize矩阵进行奇异值分解。透过一个三自由度动态系统的加速度响应进行模态参数识别。结果表明,该方法不仅能有效地消除外力的影响,更能提高其识别精度。     

柴油机缸体三维振动特性的数值计算和试验模态分析

本文对Q-485柴油机缸体三维振动动态特性的分析,选用有限元数值计算和试验模态分析两套方案:前者运用子空间迭代法计算特征值和特征向量;后者则分别用频域分析中的单模志多项式曲线拟合法,多模态线性优化迭代法和多模态多项式曲线拟合法,以及时域分析中的复指数法进行参数识别。在0—800Hz频率范围内识别出了6个模态,建立了离散系统的模态模型,得到了较满意的结果。     

复杂工况下土-结构体系的混合约束模态法

基于动态子结构法的原理,提出了线性-非线性混合约束模态综合法,对复杂工况下的二维地基土-箱型基础-上部剪力墙结构相互作用的非线性动力问题进行分析研究。复杂工况包含了一致黏弹性边界问题和基础与周边土体的高度非线性接触问题。依据土-结构相互作用体系存在局部非线性的特性,将体系划分为若干个线性和非线性子结构。在动力时程分析中对所有非线性子结构利用自编二次开发程序逐步提取等效特性矩阵,再与经势能判据截断准则减缩过的其他线性子结构组合后进行模态综合处理,推导出含有接触关系的子结构方程与含有一致黏弹性边界的子结构方程,最后形成复杂工况下含有各个子结构的模态综合方程。分析结果表明,混合约束模态综合法与ANSYS直接计算法求得的位移、速度、加速度、水平剪力、弯矩、层间位移角动态响应时程曲线吻合良好,证明线性-非线性混合约束模态综合法是求解复杂工况下的土-结构动力相互作用问题的有效可行方法。     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验研究

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型,并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率;采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究,选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明：第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近,第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应,这说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

框架面板式构型卫星冲击响应特性分析方法

框架面板式构型卫星火工品作动时产生的高量级、高频响冲击载荷会导致星上单机设备的损伤,然而板杆耦合的力学特性导致冲击载荷的传递及衰减特性差异很大,分析评估关键部件的响应准确性差.本文通过直接积分法和模态叠加法对框架面板式构型卫星进行瞬态响应分析,比对两种求解方法优缺点并分析影响计算结果精度和时长的可能因素.仿真数据表明,对于爆炸冲击这类作用时间极短、高频成分占激起响应较大比重的载荷,模态叠加法虽然可以通过截断模态选取范围,调整时间步长解决直接积分法计算量大、运算次数多、计算时间长的问题,但易忽略高阶模态、影响计算结果的准确性.通过与地面试验验证结果比对,直接积分法更适应于框架面板式构型卫星的冲击响应分析.     

悬臂梁结构损伤诊断的模式识别方法研究

选取悬臂梁作为典型构件,将模式识别理论和方法应用到基于模态分析的诊断技术中,利用由模态参数构造的损伤信息特征量建立损伤模式,对结构损伤位置进行识别.     

线性随机系统振动模态参数变异规律的研究

采用MonteCarlo随机有限元方法,对多自由度线性振动系统中由于结构参数的随机变异而引起的模态参数(模态频率、模态振型和模态阻尼比)变异的规律进行了研究.文中首次提出了相对均差系数的概念,应用相对均差系数和变异系数这两个无量纲量,从不同角度定量分析随机系统模态参数的变异性.数值试验结果表明,对于小阻尼比例模型,随着结构参数变异性的增大,系统模态频率均值单调变化,较低阶模态频率均值单调减小,高阶模态频率均值单调增加;模态阻尼比均值单调增加;第一阶模态振型相对均值系统的变化很小.一般地,结构参数的随机变异对模态振型均值的影响大于对模态频率、模态阻尼比均值的影响.     

用位形空间中的直接摄动法求解弱阻尼陀螺特征值问题

提出一种位形空间中的直接摄动法求解弱阻尼陀螺特征值问题，所提出的方法被摄模态有重循征值。     

复模态参数识别

在以往的机床动态性能研究中,一般是采用实模态分析方法来分析研究机床的动态特性,然而,机床结构中存在的阻尼既有材料的内阻尼,又有各结合面之间的接触阻尼,作用机理很复杂,因而,用传统的实模态分析法就无法使系统的运动方程解耦。