风电叶片双锤激振加载振动耦合特性及试验研究

针对风电叶片双锤激振加载过程出现振动耦合特性,对叶片疲劳加载系统进行合理简化,基于拉格朗日方程建立动力学数学模型。利用小参数周期平均法对其在共振条件下的幅频特性进行求解,通过相平面法得到振动系统的耦合特性及稳定性条件,对系统振动耦合过程主要影响参数进行数值仿真。在此基础上对系统耦合同步传动、动态分岔耦合、振动耦合同步控制、叶片加载过程进行试验研究,验证理论分析的正确性及控制的有效性,为进一步开发高效的风电叶片疲劳加载试验系统,提供理论支持和试验依据。     

风电叶片多点加载系统的机电耦合特性及试验研究

针对风电叶片加载多点激振时出现耦合问题,对多点疲劳加载系统进行合理简化,以两点摆锤激振加载为对象建立动力学数学模型,构建系统的机电耦合方程.在共振条件下的对机电耦合关系进行求解,通过相平面法得到振动系统的机电耦合特性、平衡奇点处的谐振同步性及稳定性条件,揭示加载系统出现耦合现象的机理.试验研究系统动态分岔耦合、主共振机电耦合特性及机电耦合作用下的同步控制,验证理论分析的正确性及控制算法的有效性,为疲劳加载系统的工程应用提供指导及试验参考.     

风电叶片两点疲劳试验系统激振器加载控制

基于电驱动惯性式激振装置,构建了一种风电叶片两点激振疲劳试验系统,并提出了虚拟主令同步控制算法.以PID算法设计误差补偿器,利用李雅普诺夫函数证明虚拟主令同步控制算法的稳定性,并建立控制仿真模型,数值仿真分析虚拟主令同步控制算法的收敛性及鲁棒性.最后,试验验证了耦合下虚拟主令同步控制算法的有效性.结果表明:虚拟主令同步控制算法能使激振器快速跟随,激振器之间相位差的波动很小,叶片振幅稳定,实现了风电叶片的平稳有效加载.     

随机载荷下风电叶片疲劳寿命及可靠性试验评估

为对随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命及可靠性进行预测与评估,首先基于Miner累积损伤理论及全概率公式,推导出随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测模型;然后根据寿命等效原则(即随机载荷下的疲劳寿命与恒幅载荷下的疲劳寿命相等)提出了随机载荷下风电叶片疲劳可靠性评估的等效应力试验法;最后通过风电叶片复合材料的疲劳试验数据对本文方法的有效性进行验证.结果表明:本文方法能够有效预测与评估风电叶片复合材料的疲劳寿命及可靠性,为随机载荷作用下风电叶片的疲劳寿命预测及可靠性试验评估提供理论依据.     

高温高低周复合载荷试验加载技术

为了获取航空发动机涡轮转子叶片的疲劳寿命,通过电磁感应加热、高低周复合载荷协调加载控制方法实现正交载荷解耦联合加载,研究了转子叶片在高温环境、低周离心载荷和高周振动载荷耦合响应,并基于涡轮叶片模拟试验件,对上述技术进行了验证.结果表明,该试验技术具备可行性和正确性.可见该技术可以实现航空发动机结构部件的多场耦合复杂载荷...     

偏移式同相回转自同步振动机自同步过程

自同步振动和振动同步传动在机械工程上已获得成功应用.提出了一种偏移式同相回转自同步振动系统,根据拉格朗日力学原理推导出了其动力学模型,给出了其机电耦合数学模型,并编制仿真模型.仿真直观显示振动机械实现同步和自同步振动的过渡过程.充分解释了系统从不同步到同步及从一种同步状态过渡到另一种同步状态的过程.揭示了质心偏移式振动系统的自同步振动特性,为同类产品设计提供了理论基础.     

基于疲劳试验数据的风电叶片刚度退化分析

玻璃纤维复合材料风电叶片的刚度退化是叶片力学性能疲劳变化的重要体现,以叶片疲劳试验数据为依据,对叶片进行刚度退化分析.基于复合材料层合板的疲劳破坏机理,将叶片结构等效简化为一端固定一端自由的悬臂梁,基于悬臂梁模型建立叶片的应力-应变分析模型,通过对叶片的疲劳试验数据的处理,实现叶片疲劳试验下的刚度退化规律分析.结果表明:在疲劳试验中叶片承受了20 a设计寿命的等效疲劳振动次数后,尚未失效.同时在该疲劳试验过程中,薄弱纤维断裂与基体裂纹饱和引起了纤维排布的改变,导致了叶片疲劳过程中出现了刚度略微上升的现象.     

风力机组关键部件运动学与动力学仿真研究

以风力发电机组为研究对象,采用动量叶素理论计算叶片在不同风速下的气动载荷,在三维软件Solidworks中建立了叶片、轮毂、机舱和塔架等关键功能部件的三维模型,在Ansys中对叶片和塔架进行柔性化处理,生成叶片和塔架的MNF文件,建立了风力机组关键功能部件的ADAMS刚柔耦合多体系统动力学模型.将计算的载荷均匀加载到风力机组的叶片上,对风力机在风速由5 m/s变化到25 m/s的过程进行仿真,得到叶片和塔架的振动变形特性曲线.该仿真能够很好地模拟风力机的振动变形特性,为风力机的虚拟样机仿真提供了一种可行的方法.     

风电叶片疲劳共振加载方式参数分析及试验

为解决叶片疲劳加载方式中激振设备存在一部分功率消损及选型困难等问题,提出了一种新的直驱式疲劳加载方式,并通过拉格朗日方法分别建立了离心式、往复式以及直驱式共振加载方式的动力学模型,在分析了各加载方式中激振设备所需参数的基础上,建立了各加载方式设备功率之间的关系,并通过推导功率比值系数,得到各加载方式设备所需最大功率与叶片共振功率之间的关系.实例分析结果表明,通过功率比值系数以及叶片必需共振功率可以快速求得三种加载方式的最大激振功率,且计算误差小于2.7％.直驱式加载方式的设备所需功率及能耗均小于其余两种加载方式,在叶片疲劳测试中,可根据实际测试场景优先选用直驱式共振加载方式.     

基于车桥耦合振动的双层六线铁路桥梁疲劳性能评估

为探究双层六线铁路列车-桥梁系统耦合振动的空间效应,通过数值方法实现了车桥耦合振动的仿真计算,确定了空间影响规律及全桥最不利杆件位置,并应用于疲劳损伤评估.结合实际列车开行频率建立车桥系统仿真模型,获取桥梁变幅应力时程,并基于Miner线性损伤累积理论与S-N曲线进行疲劳损伤分析.结果表明：空间行车工况下车桥动力响应满足规范要求;相较于平面行车,空间行车时车辆动力响应增大,且动车组比货物列车增幅更明显,动车组安全性指标的空间-偏载系数达到3.808;空间行车对桥梁的横向位移影响严重,影响系数达到1.546;空间行车时桥梁各关键杆件的疲劳损伤指数出现不同程度的增幅,最高可达48.21%;桥梁服役期间主桁最不利杆件连接细节处疲劳损伤度为0.509.     

桩锤同步振动系统的机电耦合特性及同步控制

控制同步是实现多锤联动的有效方式之一.针对目前存在的两台桩锤控制同步时出现的机电耦合现象,建立了打桩过程中的"锤-桩-土"系统的动力学数学模型,并构建了两桩锤同步振动系统的机电耦合模型,在此基础上进行了数值仿真分析,发现机电耦合的结果是在一定的条件下出现自同步现象.对机电耦合下的同步控制策略与算法进行了研究,确立了"虚拟主令+比例-积分-微分算法(PID)"的控制方式,最后通过试验验证了机电耦合规律的正确性及同步控制策略与算法的有效性,控制同步的精度可以满足工程应用.     

反向回转双机驱动振动系统的倍频控制同步

针对基频同步不利于物料筛分的多样性和倍频自同步难以实现且只能实现一种整数倍频同步运动的问题，提出了一种双机驱动振动系统的倍频控制同步方法.建立了振动系统的机电耦合动力学模型，在此基础上应用小参数平均法推导出了振动系统的响应方程，同时基于主从控制策略引入了模糊PID控制方法，不仅实现了倍频控制同步运动，而且实现了最小公倍周期的零相位差倍频同步运动.最后用Matlab/Simulink仿真证明了理论的准确性与有效性.     

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。     

振动同步系统中的耦合效应

自同步振动系统是具有典型的协同运动特征的机械动力学系统·系统中两个偏心转子的回转运动相互影响,产生耦合效应,从而改变了系统的运动特征和运动形态·应用非线性振动分析方法建立了系统偏心转子耦合运动的微分方程,给出了耦合参数的数学描述;基于相空间原理,分析了系统耦合运动的非线性特性以及耦合强度对系统运动平衡状态的影响,确定了耦合参数的变化范围;深入研究了偏心转子同步运动的演化过程,导出了系统形成同步运动状态的耦合条件,给出了振动同步系统结构参数设计和选择的工程方法·     

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.     

五自由度人-车-路耦合模型振动分析

通过人-车-路三者相互作用的关系,建立了五自由度人-车-路耦合振动模型;利用牛顿法建立五自由度人-车-路模型的振动微分方程,运用MATLAB/SIMULINK软件对数学模型进行转化获得仿真模型。基于行驶车速和路面不平度激励,分析了五自由度耦合模型系统的振动特性,给出了相应变量的位移、速度和加速度响应曲线。研究成果对汽车的乘坐舒适性分析具有一定的指导意义和参考价值。     

偏移式自同步振动机的同步特性

为了研究偏移式自同步振动机的同步特性,首先建立机电耦合动力学模型,然后,通过数值分析的方法对自同步振动机各个参数从系统启动到各参数稳定运转过程进行了合理的仿真,充分验证了该类自同步振动机的同步特性.最后,采用试验数据和仿真数据相结合的方法,对该类自同步振动机进行了同步特性研究.研究表明:自同步振动机必须满足同步理论条件,才能实现稳定的同步运转状态.     

变摩擦力下板带轧机辊系垂直-水平耦合振动特性

考虑轧辊振动情况下轧制界面间变摩擦力因素影响,基于Orowan变形区力平衡理论建立了垂直和水平方向的动态轧制力模型.在此基础上考虑轧机结构振动的影响,建立了板带轧机垂直-水平耦合非线性振动动力学模型.运用多尺度法对该系统进行求解,得到了系统的幅频响应方程,并采用1780轧机参数进行仿真,分析了非线性参数对幅频特性的影响.最后采用奇异性理论分析该耦合系统的分岔行为,得到该耦合系统在2参数平面内的6组不同转迁集及分岔图,这为进一步抑制轧机辊系振动提供了理论指导.