不可压缩流中板状结构的振动分析

研究了一个两跨板状结构的简单模型在不可压缩流中振动的固有特性.采用假设模态法建立了系统的运动微分方程,着重考察结构非对称对固有频率和模态局部化的影响.研究结果表明,结构非对称是导致模态局部化现象的主要因素,而结构的固有频率随流体速度的增大而减小.     

作大范围运动功能梯度材料梁的动力学特性研究

采用假设模态法和有限元法两种离散方法描述柔性梁的变形场,对作大范围运动的中心刚体-功能梯度材料梁的动力学特征进行研究。假设功能梯度材料的物理参数为沿着梁厚度方向变化的幂函数,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,同时计及横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到两种不同离散方法描述的具有统一形式的系统刚柔耦合动力学方程。通过与假设模态法的数值仿真结果对比,验证所建立有限元模型的正确性。通过大变形算例,说明基于小变形假设的假设模态法计算上的局限性。在此基础上讨论功能梯度指数对作大范围转动柔性梁动力学特性的影响。结果表明基于小变形假设的假设模态法并不能处理大变形问题;在功能梯度材料梁其他物理参数不变的条件下,梁的最大位移随着功能梯度指数N增大而增大;横向弯曲固有频率会随着转速的增加而变大;当转速一定时,固有频率会随着功能梯度指数N增大而减小。     

平面3-■RR和3-■RR柔性并联机器人弹性动力学分析

采用有限元法对柔性连杆进行离散,运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人的弹性动力学模型,该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量,以及刚体运动的科式力和离心力.基于所建立的弹性动力学模型,比较了两系统的动力学特性,包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力.结果表明:在参数一致的情况下,平面3-RRR机器人的动力学性能优于3-PRR机器人.文中结论可为平面完全3自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据.     

平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人弹性动力学分析

采用有限元法对柔性连杆进行离散,运用浮动坐标系、拉格朗日方程建立了平面3-RRR和3-PRR柔性并联机器人的弹性动力学模型,该模型考虑了关节、动平台的集中质量和集中转动惯量,以及刚体运动的科式力和离心力.基于所建立的弹性动力学模型,比较了两系统的动力学特性,包括系统的固有频率、动平台的弹性位移和弹性转角、各柔性连杆的最大应力.结果表明:在参数一致的情况下,平面3-RRR机器人的动力学性能优于3-PRR机器人.文中结论可为平面完全3自由度柔性并联机器人的选型提供理论依据.     

旋转环状周期结构参激振动分析

针对旋转环状周期结构的参激振动问题,在惯性坐标系下采用能量法建立了时变弹性动力学模型.为了获得系统的动力稳定性,采用坐标变换方法消除了该模型的时变性,然后根据经典振动理论得到了系统的特征值.根据该特征值分析了模态特性和不稳定性.结果表明:在旋转支撑作用下,系统的固有频率发生分裂;对于某些转速,系统表现出发散或颤振不稳定.此外,利用Floquét理论计算了系统的不稳定域和动态响应,并将其与解析预测进行对比.该研究有助于快速分析该类参激系统的动力稳定性,并获得指导工程实践的解析结果.     

滚动直线导轨副可动结合部动力学建模

在系统分析国内外有关滚动直线导轨动力学特性研究成果的基础上,提出了一种新的直线滚动导轨副结合部动力学模型,并通过实验验证了该模型.结果表明.a.所建立的直线滚动导轨副结合部动力学模型具有通用性,可以用于任何一台使用该直线滚动导轨副的数控机床的动力学建模中;b.计算机仿真计算结果与实验结果基本一致,在侧翻和偏航两个模态处,固有频率的仿真计算值与实验值非常一致,误差不超过3%,说明了模型的有效性;c.所建立的模型可以方便地与成熟有限元软件结合.     

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.     

基于滤波滑模控制的空间柔性机器人系统控制仿真研究

针对一种刚柔结合的空间冗余度机器人,基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒对柔性连杆进行近似描述,忽略高阶弹性振动模态,借助Maple软件,推导了一种自由浮动空间柔性冗余机器人操作刚性负载的动力学模型,该方法提高了建模的正确性.并在此基础上,鉴于自由浮动空间机器人系统的结构复杂性和参数变动性,运用具有较强鲁棒性的滑模变结构控制对该动力学模型实现了轨迹跟踪控制,较好地抑制了柔性杆弹性振动,并减小了对本体的影响.最后进行了自由浮动三自由度柔性冗余度机器人的动力学控制仿真,仿真结果验证了上述控制方法的有效性.     

挖掘式装载机工作机构振动特性分析

为了搞清挖掘式装载机工作机构的振动特性,根据拉格朗日方程建立了工作机构的动力学模型,借助MATLAB仿真计算获得系统的固有频率和振型.利用Pro/e建立挖掘式装载机工作机构的三维实体模型,结合Ansys/Workbench建立其有限元模型,通过振动响应分析获得了系统的模态振型云图和位移响应云图.结果表明:有限元仿真结果与动力学模型计算值相差无几,且模态频率主要集中在9～75 Hz之间,对系统振动贡献较大频率在30 Hz附近; X向铲斗振动响应最大,Y、Z向响应值较接近,其结论为减小工作机构振动及系统参数优化奠定基础.     

刚-柔耦合的对称天线结构非线性主共振

本文研究了主共振激励下空间天线的非线性动态响应.考虑机械臂与天线的耦合,提出了一种由两级刚性臂与两根各向同性柔性梁组成的T-型梁式结构.采用Lagrange方程和假设模态方法,建立了T-型刚柔耦合天线面内四自由度非线性动力学方程.利用多尺度法获得主共振三次近似解,得出系统主共振幅频响应解析方程.对系统幅频响应进行分析,结果表明主共振响应存在多解和非线性跳跃现象,激励对模态幅值及非线性特性具有显著影响.随着激励的增大,系统出现由刚度硬特性向软特性的转变;当激励超过临界值时,系统幅频响应表现出刚度渐软特性,共振频率随简谐激励幅值的增大而减小.     

基于ANSYS的大型车转台的模态分析

针对舞台机械中大型车转台在动载工况时可能出现振动剧烈、工作可靠性降低的特点,利用ANSYS软件建立大型车转台的有限元模型,对车转台的钢架结构进行了有预应力的模态分析,得出车转台结构的固有频率和各阶振型,找到结构中的危险区域,为车转台结构改进和优化设计提供依据.     

海上风电机组单桩基础模态及参数敏感性分析

采用里兹向量直接叠加法,在考虑桩-土相互作用的条件下对海上风机单桩基础进行模态分析,得到了单桩基础9阶模态特性,基于精确的基础设计,有效地避开了风机叶片工作时的振动频率以及海浪的波动频率.发现前2阶水平向弯曲振型频率为判断单桩基础共振的主要频率.通过探讨套筒、土体、桩基础等方面的一系列参数对单桩风电机组基础模态的影响规律发现单桩基础自振频率随着套筒壁厚、土层水平向参数、桩体壁厚、桩径的增大而增大,随桩悬臂长度的增大而减小,其中受桩径影响最为显著.单桩基础自振频率随桩体埋深呈现非线性变化,并存在临界深度,超过该深度后频率基本保持不变.桩侧土体的摩阻力大小对水平向弯曲振型没有影响.     

螺栓连接大变形梁非线性振动特性的实验研究

柔性机械臂、大型可展开天线等机械结构的动作精度受运动过程中大变形几何非线性和连接处接触非线性的影响十分显著。以含螺栓连接结构的大变形梁作为研究对象，针对动力学建模和振动特性开展了实验研究，通过数值计算验证了实验发现的非线性振动特性。搭建了含螺栓连接柔性大变形梁的实验台架，开展了敲击和正弦激振的实验测试。实验结果表明，螺栓连接的柔性梁较连续梁的（无螺栓连接）模态频率降低，阻尼增加，反映出随着激励能量增大，模态频率降低的非线性模态特征。改变螺栓连接位置会显著影响结构的模态频率，其变化规律可由求解线性矩阵特征值定性反映。     

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。     

冗余自由度操作臂动态特性的合理测试

操作臂的动态特性对机器人的控制和作业有重要影响,所以操作臂动态特性测试和分析是机器人开发研究和性能评价的重要方面·通过１台新开发的冗余自由度主从操作手从动态测试的研究,探讨了不同位姿,位姿保持方法和不同激振点、拾振点布置条件下的动态特性和模态分析结果,提出了合理规范的操作臂动态特性测试评价方法,并给出了传感器和分析仪器的合理配置,这一工作将为机器人操作臂动态特性测试评价工作的规范、统一乃至形成标准有所帮助·     

工具系统结构模态实验方法的应用研究

对工具系统进行结构模态的测试和分析是研究其动力学特性的基础,文中先采用有限元法(FEM),在构建工具系统有限元模型的基础上求解其自由条件下的模态参数:固有频率和振型,再利用实验模态分析(EMA)方法对有限元法求解结果进行验证和补充,研究结果表明:FEM和EMA各有优势和不足,在工程应用中需要将两者有效地结合起来,保证研究对象结构模态参数的测试和分析更加合理。     

水平井完井管柱振动特性实验研究

为探索气体作用下完井管柱振动响应机理，开展了水平井完井管柱在开井工况下振动相似实验。实验采用PE管模拟完井管柱油管，采用透明的亚克力管模拟完井套管，并采用Froude相似准则进行尺寸缩放；基于应变片测试技术采集气体作用下完井管柱油管在水平和垂直方向的振动，并采用模态分析法分析了管柱应变、位移响应及振动模态。通过有限元分析管柱固有频率并与实验振动频率对比发现，管柱振动频率接近三阶固有频率，且会发生共振；实验管柱系统在弯曲段响应应力、位移量较大，振动较为剧烈；管柱在水平方向与垂直方向振动频率与模态一致，水平方向振动剧烈。     

基于集中质量块法的叶片试验模型的模态调节方法

基于集中质量块法研究了叶片相似缩尺试验模型的模态调节问题.首先根据薄板的小挠度理论假设,得出了考虑质量块分布的薄板固有频率理论计算公式,通过引入质量块位置比值坐标,重点分析了集中质量块在薄板上的位置和质量块材料对薄板振动特性的影响规律.最后通过工程实例给出基于集中质量块的具体应用方法,并用有限元法从固有频率和模态振型两方面得以验证和对照,确认了所提出的模态调节方法的正确性和有效性.     

用激光扫描测振仪测定石膏悬臂梁动弹性模量

为了获得拱坝动力模型试验所用石膏的动弹性模量,首先通过数值方法(有限单元法)计算得到石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率,再通过激光扫描测振仪对试件进行试验模态分析,测得石膏悬臂梁试件的第一阶固有频率.将由数值方法和试验模态分析分别得到的第一阶固有频率,通过反演方法得到石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量.试验结果表明:石膏在第一阶固有频率下的动弹性模量与静弹性模量相比,提高了约25.8％.     

基于模态扩展与谐波分解的转子碰摩故障精确诊断

以某单跨双盘模型转子实验台为例,建立了该转子-轴承系统有限元模型,得到转子系统前两阶固有频率和振型向量等模态参数·基于转子系统碰摩力的周期性假设,利用模态扩展方法,对故障和健康转子系统振动信号的残差矩阵进行傅立叶级数的分频谐波近似,估算得到转子-轴承各节点的碰摩力·根据转子各结点估算碰摩力的频谱、时序以及等效碰摩力幅确定碰摩发生位置,进而对碰摩故障的程度进行定性评估·试验表明,这种方法可以对转子周期性碰摩进行较精确的诊断,并为其他转子-轴承系统故障诊断提供参考·