减速器滞回曲线的形态特性研究

滞回曲线被用于反映减速器的滞回现象,但工程实践中,滞回曲线的形态特性被忽视并默认具有加载速率独立性。基于对减速器滞回曲线的解构分析,证了减速器滞回曲线具有加载速率依赖性,并分析了具体影响;提出了表征滞回曲线形态特性的四个参数,给出了各参数的物理含义;通过试验研究,验证了减速器滞回曲线形态的加载速率依赖性,厘清了不同材质减速器的四个形态特性参数在不同加载速率下的变化;最后,指明了滞回曲线的形态特性在理论和工程应用方面的价值。     

弹簧载荷机构工作原理及装配故障原因分析

对飞机不可逆助力操纵系统的弹簧载荷机构工作原理和力-位移曲线进行了分类阐述。从产品装配过程、轴向装配尺寸和弹簧刚度等方面对常用类型的弹簧载荷机构中位间隙大、初始预紧力不合格、力-位移曲线出现不正常的斜率突变、拉伸压缩状态下特性不一致,以及机构的回中性差等故障的产生原因进行了分析,找出了影响弹簧载荷机构力-位移曲线特性的关键装配尺寸,并提出了控制措施。     

摩擦摆支座动力响应及隔震性能分析

为了对桥梁抗震性能进行研究,建立摩擦摆支座有限元动力分析模型,选用典型地震波输入进行时程分析,对地震波作用下摩擦摆支座性能参数进行定量分析。计算结果表明:Abaqus仿真模拟与理论分析结果吻合较好,由得到的滞回曲线可知,摩擦摆具有良好的滞回耗能性能;最大水平位移与地震波加速度峰值近似为线性关系,需安装限位装置并控制残余位移;最大水平位移随着摩擦因数的增大而减小,当μ≤0.06时,滑道半径对最大水平位移有较大影响;摩擦摆初始状态位于最大残余位移处时,最大水平位移随着摩擦因数的增大而快速增加,且滑道半径越大,增长幅度越大;在满足摩擦摆最大位移要求、避免粘滞现象发生的前提下,7度、8度、9度设防区域最佳摩擦因数范围为0.02~0.03、0.04~0.05、0.06~0.07。     

振动压实系统的非线性动力学分析

在周期载荷作用下由于振动摩擦作用,物料发生弹塑性变形,从而振动压实系统的弹性恢复力与位移呈现滞回特性。滞回圈的变化趋势反映了物料的变形过程及压实效果,系统的激振力、物料的刚度及阻尼的变化均对滞回圈产生直接或间接的影响;为了深入研究振动压实系统的非线性动力学问题,本文建立具有分段曲线的二自由度系统模型,采用数值方法求解该模型,同时利用仿真分析激振力等参数对滞回圈的影响,并且分析表明在特定参数下系统产生混沌现象。     

孔隙式粘滞阻尼器的滞回曲线偏转特性研究

以双出杆式孔隙式粘滞阻尼器为例，在考虑介质压缩性的基础上，建立阻尼器的阻尼力计算模型。采用MATLAB-Simulink模型模拟了阻尼器在正弦位移激励信号下的运动情况，详细分析了阻尼器运行时的阻尼特性，仿真结果表明阻尼介质的体积弹性模量是影响负载-位移滞回曲线偏转的关键因素。使用阻尼器样机在不同工况下进行试验，试验结果与理论计算结果吻合良好，表明建立的阻尼力理论计算模型可以很好的预测阻尼器的力学性能，介质的可压缩性是影响滞回曲线偏转的关键因素。     

螺栓松动寿命特性试验研究

为研究螺栓松动寿命特性,利用疲劳试验机,设计了螺栓横向振动试验。首先改变横向振动频率,对比位移、速度、加速度振幅对螺栓松动寿命的影响,确定横向位移振幅是影响螺栓松动的主要因素。之后对五个位移振幅等级下的螺栓松动程度进行监测,通过剩余预紧力-振动次数曲线表示螺栓松动情况。将各个位移振幅下预紧力各个阶段数据汇总,参照疲劳研究中材料S-N曲线,绘制成不同松动情况下(剩余预紧力百分比)螺栓松动的位移-寿命(D-N)曲线。分析结果表明:通过螺栓松动D-N曲线,发现螺栓松动寿命曲线与材料疲劳寿命曲线在对数坐标下同样具有双直线、高低周分界的特性。     

基于有限元的铅芯橡胶支座力学性能模拟及应用

铅芯橡胶支座基于自身良好的隔震力学性能、足够的竖向承载力以及稳定的弹性复位功能被广泛应用于工程结构中.对其力学性能模拟的正确与否将对整个结构的分析结果产生很大影响.文中基于大型通用有限元软件ANSYS,采用Combin40单元模拟铅芯橡胶支座的非线性滞回特性.最后通过对采用铅芯橡胶支座的某桁架结构进行动态特性分析,表明Combin40单元能很好模拟其力学性能.     

反馈控制摩擦阻尼器的设计及分析

针对复杂振动控制中需要摩擦阻尼器输出不同阻尼力的需求,设计了一种反馈控制摩擦阻尼器.该类阻尼器可以利用被控结构振动位移信号进行阻尼力调整,从而实现振动半主动控制.通过阻尼器工作能力理论计算和仿真分析,对影响新型阻尼器性能的参数进行研究.利用有限元仿真分析方法对活塞体等关键部件进行结构分析,验证该结构的合理性和安全性.最后建立起了反馈控制摩擦阻尼器的数学模型,并得出其力－位移滞回曲线.     

振动轮跳振现象的振动压路机系统的动力学特性分析

物料在振动摩擦作用下,其弹性恢复力与位移呈现滞回特性;当物料密实度较高时振动轮在振动工况中产生跳振现象.在考虑前述二者前提下建立具有分段曲线的二自由度系统模型,采用数值方法分析振频、激振力对跳振现象的影响,利用试验结果验证仿真分析的准确性及跳振对压实效果的影响.结果表明:当振频较高或振频接近物料的自身频率且激振力较大时,系统产生跳振现象,在位移频谱中出现次谐波与超谐波成分;随着激振力的增加,振动轮振幅增大,其跳振加剧;合理地利用跳振现象可以提高物料的压实效果.研究结果对振动工况的实时监测及提高物料压实效果具有较好的参考价值.     

连续梁桥钢阻尼滑板支座设计参数优化方法

钢阻尼复合滑板支座具有滑动耗能、自复位且经济性好的优点,但对其实际隔震性能还缺乏实桥试验验证,不同设计参数对其隔震率的影响规律也缺乏认识。针对这些问题,以一座两跨连续梁桥为研究对象,进行1∶5缩尺比模型的振动台试验,分析了墩顶位移、墩底剪力和桥面位移的减震率,比较了不同强度地震作用下高阻尼橡胶支座和钢阻尼滑板支座的隔震效果。结合有限元模型,分析了不同类型地震作用下屈服力、初始刚度、屈服刚度比对墩顶位移、墩底剪力和桥面位移减震率的影响规律,并分析了参数取值范围。结果表明,钢阻尼滑板支座的隔震效率在纵桥向略优于高阻尼橡胶支座,横桥向则接近高阻尼橡胶支座。 综合考虑桥面板位移、墩顶位移和墩顶剪力的减震率,可以确定出钢阻尼滑板支座的有效取值范围,对实桥的支座设计有借鉴作用。     

罕遇地震下自定心支撑张弦桁架振动响应分析

针对带自定心耗能支撑张弦桁架在罕遇地震作用下的振动响应,将自定心耗能支撑与大跨张弦桁架结构相结合,利用有限元软件建立单榀带自定心耗能支撑张弦桁架的分析模型,采用弹塑性时程分析研究结构在罕遇地震激励下主桁架结构屈服时的振动响应。分析结果表明,自定心耗能支撑能够改善结构的振动特性,可有效减小结构震后残余变形。研究了自定心耗能支撑的启动力、启动位移和强度比等关键滞回参数对结构振动响应的影响,结果表明:增大支撑启动力可以有效控制水平方向的残余变形;减小支撑强度比可以增强自复位能力,但会降低支撑自身耗能能力;启动位移对结构峰值位移有一定影响,对残余变形影响较小,但当启动位移过大时,支撑的自复位能力会有所降低。     

水压人工肌肉水下驱动试验系统设计与试验研究

为了研究水压人工肌肉在水下的性能演化规律和可靠性,设计了水压人工肌肉水下驱动试验系统。根据水压人工肌肉样本型号,分析水压人工肌肉的力位移特性。设计不同收缩量时的水压人工肌肉循环载荷试验结构和弹簧参数。搭建水压人工肌肉水下驱动试验系统,对试验台进行基本功能调试。完成水压人工肌肉在斜坡信号和正弦信号两种工况下的调试,得到了水压人工肌肉力位移特性曲线。试验系统在加载和采集数据中可以正常工作,为下一步水压人工肌肉在水下的研究提供条件。     

地震落梁两级控制装置的开发与试验

为了增强桥梁抗御地震落梁的能力,减轻交通生命线系统的震害损失,基于耗能减震、多级设防和结构分灾三个抗震性能设计理念,设计了一种具有耗能限位和上部体系连续化两级功能,并能在不同水准地震下自动实现功能转换的地震落梁控制装置。首先,分析了装置的构成、特点和工作机理,对第1级耗能限位组件进行了拟静力试验,测试了耗能滞回曲线;然后,对第2级拉索连梁组件进行了静力拉伸试验,评价了其变形性能、破坏形式和锚固性能;最后,对抗震销栓进行了剪切试验,考察了控制级别的转换,采用试验结果对有限元模拟结果进行了验证。研究表明,地震落梁两级控制装置具有有效的位移约束、合理的耗能机制和明确的分灾保险丝构造,实现了梁-梁连接和墩-梁连接控制模式的优势互补,实现了强震作用下对桥梁落梁失效的控制和对桥墩的安全保护。     

新型弧面摩擦阻尼器力学性能研究

为克服传统摩擦阻尼器自适应能力差及耗能能力低的缺点,提出了一种新型弧面摩擦阻尼器,该阻尼器的结构特征在于其摩擦板和滑块的滑移面均为弧形,两滑块之间装有压缩橡胶,阻尼器通过摩擦板与滑块之间的移动产生摩擦力实现耗能。建立了阻尼器的机理模型,并采用数值模型验证了机理模型的合理性,分析了加载频率和橡胶弹簧初始压缩量对阻尼器滞回阻尼特性的影响规律。研究结果表明：该新型阻尼器具有马鞍形滞回曲线,其摩擦力具有位移随变性;该阻尼器的耗能能力比传统摩擦阻尼器强,耗能能力最多提高了23.84%;其力学性能与加载频率相关性较小,而橡胶弹簧预紧力越大,阻尼器的滞回耗能能力越强。     

重型越野车辆油气弹簧设计与验证

为了满足重型越野车辆对大行程弹性元件的要求,创新设计了一种双气室油气弹簧。根据结构和工作特性,建立了两种工作状态下的油气弹簧数学模型,并分析了其刚度特性。加工油气弹簧样件,进行台架试验,获得了不同频率下的油气弹簧作用力和位移数据。分离弹簧作用力中静摩擦力、阻尼力和弹性力。利用弹性力和位移数据,通过曲线拟合方式,识别油气弹簧工作气体不同工况下的多变指数。设计的双气室油气弹簧结构、油气弹簧理论模型,对油气弹簧在大行程越野车上的应用提供了支撑。     

高能激光反射镜热变形补偿

研制了一套由压电陶瓷驱动器、压力传感器、环状力施加机构和控制电路组成的反射镜动态热变形补偿系统用于补偿激光反射镜热变形球差。圆形反射镜在两个同轴不同半径的环形力作用下,其内环区域产生曲率可变的抛物面形变,由此补偿反射镜热变形带来的球差项。对镜体进行了有限元数值计算,建立了变形量与沉积热量与受力的关系。采用口径为100mm,厚度为8mm平面反射镜进行了受力-变形以及辐照-受力-变形实验,利用干涉仪对面型进行监测。研究表明,在不同推力作用下,有效区域内变形始终保持抛物面形。给出了推力-面型变化曲线,在225N推力下,中心最大变形超过3μm。在不同热沉积量下,镜体中心位移和受力保持线性关系,力-变形系数为0.013μm/N。     

无垫片焊唇密封法兰螺栓载荷的分析与计算

分析了无垫片焊唇密封元件---焊环在承受介质压力载荷时的受力及径向位移状况;指出现行设计规定的螺栓载荷不能约束焊环的径向位移,焊环与法兰的连接焊缝承受了焊环的径向拉力;提出了由螺栓载荷平衡焊环与法兰之间静摩擦力和介质的压力载荷;并给出了螺栓载荷的计算方法。此外,还分析了高温下焊环与法兰存在热膨胀差时,焊环的受力及径向位移状况,提出了采用热当量压力计算螺栓载荷的方法。     

Nonlinear Mathematical Modeling and Sensitivity Analysis of Hydraulic Drive Unit

The previous sensitivity analysis researches are not accurate enough and also have the limited reference value, because those mathematical models are relatively simple and the change of the load and the initial displacement changes of the piston are ignored, even experiment verification is not conducted. Therefore, in view of deficiencies above, a nonlinear mathematical model is established in this paper, including dynamic characteristics of servo valve, nonlinear characteristics of pressure-flow, initial displacement of servo cylinder piston and friction nonlinearity. The transfer function block diagram is built for the hydraulic drive unit closed loop position control, as well as the state equations. Through deriving the time-varying coefficient items matrix and time-varying free items matrix of sensitivity equations respectively, the expression of sensitivity equations based on the nonlinear mathematical model are obtained. According to structure parameters of hydraulic drive unit, working parameters, fluid transmission characteristics and measured friction-velocity curves, the simulation analysis of hydraulic drive unit is completed on the MATLAB/Simulink simulation platform with the displacement step 2 mm, 5 mm and 10 mm, respectively. The simulation results indicate that the developed nonlinear mathematical model is sufficient by comparing the characteristic curves of experimental step response and simulation step response under different constant load. Then, the sensitivity function time-history curves of seventeen parameters are obtained, basing on each state vector time-history curve of step response characteristic. The maximum value of displacement variation percentage and the sum of displacement variation absolute values in the sampling time are both taken as sensitivity indexes. The sensitivity indexes values above are calculated and shown visually in histograms under different working conditions, and change rules are analyzed. Then the sensitivity indexes values of four measurable parameters, such as supply pressure, proportional gain, initial position of servo cylinder piston and load force, are verified experimentally on test platform of hydraulic drive unit, and the experimental research shows that the sensitivity analysis results obtained through simulation are approximate to the test results. This research indicates each parameter sensitivity characteristics of hydraulic drive unit, the performance-affected main parameters and secondary parameters are got under different working conditions, which will provide the theoretical foundation for the control compensation and structure optimization of hydraulic drive unit.     

Analysis of Power Matching on Energy Savings of a Pneumatic Rotary Actuator Servo-Control System

When saving energy in a pneumatic system, the problem of energy losses is usually solved by reducing the air supply pressure. The power-matching method is applied to optimize the air-supply pressure of the pneumatic system, and the energy-saving effect is verified by experiments. First, the experimental platform of a pneumatic rotary actuator servo-control system is built, and the mechanism of the valve-controlled cylinder system is analyzed. Then, the output power characteristics and load characteristics of the system are derived, and their characteristic curves are drawn. The employed air compressor is considered as a constant-pressure source of a quantitative pump, and the power characteristic of the system is matched. The power source characteristic curve should envelope the output characteristic curve and load characteristic curve. The minimum gas supply pressure obtained by power matching represents the optimal gas supply pressure. The comparative experiments under two different gas supply pressure conditions show that the system under the optimal gas supply pressure can greatly reduce energy losses.     

基于非对称夹持的压电旋转驱动器设计

设计了一种新型非对称夹持压电旋转驱动器。通过对称性电信号激励粘贴在基板上的压电晶片,使基板自由端带动质量块非对称地往复摆动,进而产生非对称的惯性驱动力,实现压电旋转驱动器的定向运动。研制了非对称压电惯性旋转驱动器样机,搭建了驱动器的测试系统,对驱动器步长、摩擦力矩、载荷特性等进行了测试。结果表明,驱动器在电压为15V、频率为10Hz、夹持差为3mm时,步长分辨率为1.82μrad,摩擦力矩为2.475N·mm条件下的最大输出载荷为0.122N。