风力发电塔架振动特性联合仿真应用研究

风力机塔架是整个风力发电机组的支撑部件,其承载能力决定风力发电机组的安全性与正常运行。针对风力发电塔架振动引起的风力发电机组失稳问题,运用联合仿真技术,在Solidworks中建立塔架三维结构动力学模型。利用有限元分析软件ANSYS对塔架的振动特性及风致响应进行分析,提取模态分析的前五阶非零模态振型,对各阶的位移与振型图进行分析。针对塔架在极端环境下动力响应变化情况,进行脉动风速下塔架应力变化分析。风致响应是衡量塔架正常运行的重要指标,应力变化幅度决定塔架强度是否满足强度要求,以防止塔架结构断裂。分析结果表明,塔架前三阶振型为横向弯曲,无明显位移偏移量;第四阶振型出现横向弯曲和扭转变形,振动位移和应力变化幅度较大;第五阶振型出现扭转。该结果为塔架的振动特性提供了依据,从而避免了风力发电机组失稳现象的发生。     

应变式二维加速度传感器的研究与仿真

轴承振动二维加速度信号对其状态监测和故障诊断具有重要研究意义。采用圆柱形等截面梁为弹性元件,结合二轴应变测试方法,提出了应用于轴承状态监测与故障诊断的应变式二维加速度传感器新结构。在建立应变式传感器振动加速度方程的基础上,分析了结构参数对传感器固有频率和灵敏度的影响,并利用有限元方法对传感器的动态响应性能和测量精度进行了数字仿真分析,获得了动态响应曲线和测量精度曲线。仿真结果表明:新型应变式二维加速度传感器具有良好的测量精度和低频特性,以及维间非耦合性、结构简单、成本低廉、易于加工装配等优点。     

一种用于薄结构振动测量的新型光纤传感器

一种用于薄结构振动测量的光纤传感器，其中光纤上加工有若干个敏感区，上述若干个敏感区的长度、深度可相同，也可不相同。上述若干个敏感区中，其相邻两敏感区的步长可相同，也可不相同。本传感器用于检测时，由于光沿光纤传播过程中在该敏感区产生一部分损耗，该损耗是曲率变化的函数，由此实现了对光输出端光强的调制。同时，本传感器通过敏感区参数的匹配，实现振动模态的分布式测量，即保证在测量一种振型时，其它振型在该光纤上无传感信号输出，实现了振动位移模态的分解和检测。另外，本传感器无需耦合器件，其结构简单，灵敏度高，而且还是一种设计巧妙的用于薄结构振动测量的新型光纤传感器。     

基于三维数字图像相关法的非接触式动态位移测量方法研究

在动力学实验中,准确测量实验模型的动态位移响应是保证实验品质的关键环节,传统获取位移响应的方法都存在一定缺陷,比如无法全场测量,动态测量效果较差等;针对这些缺陷,提出了一种基于三维数字图像相关法(3D-digital image correlation)的非接触式光学动态位移测量方法,搭建了基于三维数字图像相关法的非接触式光学测量平台,通过地面实验,将测量结果与真实位移进行对比分析,对其使用范围和精度进行了验证;实验结果表明,在像面内平移或垂直运动时,测量精度可靠;在绕像面横轴旋转运动时,角度应尽量小于20°;实验结果为基于三维数字图像相关法的测量技术提供了有效的参考。     

基于ANSYS的三维应变式加速度传感器的模态分析

运用有限元分析软件ANSYS进行建模,进行模态分析。采用分块Lanczos法进行模态分析,得到前六阶的振型与固有频率。分析结果表明:建议的传感器模型具有较好的低频特性,在测量低频率的实际使用环境中,有一定的使用价值。另外,模态分析结果也为应变加速度传感器进一步优化设计提供了一定的参考价值。     

板状结构可变边界热振耦合试验系统研制

针对板状结构存在不同边界约束以及恶劣高温环境,研制了变边界高温试验模态系统,为板状结构在高温振动耦合环境下的测量提供一套低成本、可变边界试验系统。该试验系统采用虚拟仪器LabVIEW对石英灯阵进行温度控制,自行研制耐高温陶瓷导杆引伸装置将板状结构上的振动信号传递至非高温区域,使用激振器对板状结构进行激励,通过常温加速度传感器测量其响应信号,使用时-频联合技术对测量的模态数据进行参数识别获得板状结构的模态参数。以45号钢板为测试样件,得到其在室温下不同边界的模态参数;并在单边约束下对45号钢板进行500℃高温振动耦合实验,得出其模态参数。该试验系统可为板状结构在变边界高温振动耦合环境下的安全设计提供可靠依据。     

谐振式微加速度传感器的有限元分析

有限元分析用来评估一种新颖的谐振微加速度传感器,仔细分析新结构的几个主要振动模态,优化结构参数,证实这种硅基谐振式微加速度传感器的灵敏度高于1 000 Hz/gn.而且在有限元分析的基础上对实际制造的非完全匹配的双端固定音叉的特点和对于测量的不良影响进行分析.     

伸缩机翼动力学实验研究

伸缩机翼作为一种可变形翼,变形过程中,由于其结构时变特性严重且具有柔性体特点,翼面横向振动特性实时变化从而影响飞行性能.基于伸缩机翼实验模型,分别开展了伸缩机翼模态实验研究和振动实验研究,即通过PLC控制系统控制伺服电机转速及转向,进而改变活动机翼外伸长度及伸缩速度,一方面利用锤击法获得五种活动机翼外伸长度下前三阶模态参数;另一方面利用ICP加速度传感器、LMS数据采集分析系统采集并处理活动机翼伸缩过程中横向振动加速度信号,获得伸缩速度与最大振动幅值、最大响应频率之间关系.结果表明,活动机翼外伸长度增加,结构固有频率值减小;伸缩速度作为参数激励,其等效激励与活动机翼某一外伸长度下某一阶固有频率值相近而导致颤振.为伸缩机翼翼面振动控制和伸缩速度合理选择提供理论依据和技术支持.     

基于ANSYS的机床模态分析

振动现象是机床设计中所面临的问题之一,它会产生加工误差,影响零件的加工精度。模态分析主要用于确定结构或机器部件的振动特性,本文建立了某型立铣床床身的三维有限元模型,并利用大型有限元分析软件ANSYS对其进行模态分析,从而得出床身前十阶固有频率和振型。     

基于MEMS声传感器的圆柱壳体振动陀螺振型检测技术

振动陀螺谐振子振型一般采用激光进行非接触式测量,这种方法存在设备成本高、操作复杂、效率低等问题,因此,提出了一种基于MEMS声传感器的圆柱壳体振动陀螺谐振子振型测试方法。该方法利用体积小,指向性高的MEMS声传感器对谐振子振动声场进行高分辨率测量,获得精确的谐振子振动分布情况,建立了谐振子声波测试实验系统,进行了测试实验,并与激光测振仪的测量结果进行比对。实验结果表明,该测试系统具有较高的振型测量精度。这种测试方法成本低,操作简便,测量精度高,可以实现谐振子振型的高精度快速测量,为后续的谐振子修形及陀螺控制提供重要基础。     

基于模态动能法的行星变速箱测点优化

由于某型行星变速箱结构较为复杂,故障检测和状态监测时振动传感器的安装位置往往凭经验确定,为使传感器安装位置更科学、更合理,利用模态动能法对行星变速箱测点进行选择。针对变速箱箱体结构建立了三维模型,利用ANSYS软件进行了有限元仿真分析,得到各阶模态、固有频率和振型,导出低阶振型并利用模态动能法计算箱体表面的模态动能值,初选箱体表面六个测点,从中选取四个模态动能值最大的作为最终测点。设计试验方案,获取了箱体表面六个初选测点的振动信号,计算得到各测点实测信号的均方根、均值三个指标对测点的敏感度进行评价,试验验证了测点选择的科学性,为变速箱状态监测打下基础。     

飞机尾翼转角测量系统设计

针对飞机尾翼转角测量及远距离监控问题,设计了一种基于数字式MEMS加速度传感器测量飞机尾翼转角的测量系统;分析了电容式加速传感器测角原理;利用数字式MEMS加速度传感器ADXL345,结合无线ZigBee技术采用CC2430模块,以嵌入式STM32单片机作为控制器构建了一种测量飞机尾翼转角大小的测量系统;采用三维转台对飞机尾翼转动进行了模拟,完成了±90°范围内转角的测量;实验结果表明,在±90°转角范围内,测量误差的最大值为0.277°,满足小于0.3°的误差要求;该测量系统可以有效地完成飞机尾翼转角测量工作。     

基于PQCR-PSL的桥梁振动无线监测系统

基于压电式石英晶体谐振器与平面螺旋电感串联结构(PQCR-PSL),结合现场可编程门阵列(FPGA)、无线传感器网络(WSNs)和C#等技术,将一种结构简单、以频率为输出的数字化石英晶体电感传感器应用到桥梁振动等低频测量中,并以此为传感器探头搭建了整套无线监测系统.系统主要由传感器探头、FPGA系统、ZigBee网络、C#位机4部分组成,具有结构简单、稳定性好、数字化输出等特点,实现了对低频振动信号的非接触式无线实时监测.     

结冰传感器数学模型的建立和验证

为了实现复杂环境中结冰的自动探测,研制了一种振管式结冰传感器。基于振动理论建立了振管的波动方程,采用变量分离法求得波动方程的通解,再结合传感器探头实际结构的简化模型和具体的定解条件求得波动方程的定解,采用量级计算法对定解进行简化,最终建立振管式结冰传感器的数学模型,并获得前三阶轴向振型。对传感器样品进行了性能测试,计算结果与实验结果比较表明:数学模型有效,可用于振管式结冰传感器的结构设计。     

光纤Bragg光栅振动传感器抗横向干扰设计

针对光纤Bragg光栅（FBG）振动传感器在使用过程中存在横向干扰的问题,对传感器探头结构和配合尺寸进行了优化设计,达到了抗横向干扰的效果。ANSYS模态分析表明,传感器的2阶、3阶、4阶模态谐振频率远大于1阶模态谐振动频率,可以有效避免传感器在使用过程中的交叉敏感问题。振动加载实验结果表明：在同等大小加速度激励下,传感器的横向输出占轴向输出的比例不超过3.47%,说明传感器具有良好的抗横向干扰能力。     

视频图像振动测试技术应用研究

介绍了基于普通USB数码摄像头与PC机作为硬件设备的视频图像振动测试技术,并采用该技术识别了索模型的一阶、二阶模态参数。基于Matlab软件编制相应程序,获取结构振动的位移时程曲线,采用模态分析确定索模型的一阶、二阶频率以及相应的振型。试验结果表明,该测振系统实现低频结构的振动测试是可行的,同时可以逐步应用于工程实际。     

大型门座起重机振动模态测试技术探讨

门座起重机作为港口重要的起重运输设备,由于其在潮湿、腐蚀性较大的环境中频繁工作,负荷变化大,且服役时间较长,使得金属结构的振动问题日益突出,非常有必要对金属结构进行振动模态测试分析。本文基于加速度传感脉冲击振测试技术,对某港口MQ1030门座起重机转台平面进行振动测试,并对测试信号进行互功率谱处理,得出转台平面振动模态参数,为该起重机金属结构动态安全评估提供了参考依据。     

变截面铁木辛柯梁振动特性快速计算方法

提出了一种快速计算变截面铁木辛柯梁横向振动特性的方法.基于铁木辛柯梁理论建立的变截面梁的横向振动方程,其梁的截面参数如有效剪切面积、密度、弯曲刚度、转动惯量等沿梁轴线连续或非连续变化；首先将变截面梁等效为多段均匀阶梯梁；然后基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)连续条件,建立相邻两段模态函数间相互关系,并递推出首段段与末段模态函数相互关系,利用边界条件得到相应特征方程,使用Newton-Raphson方法计算其固有频率；最后针对梁常见边界条件,得到计算变截面铁木辛柯梁横向振动固有频率特征