振动环境中螺纹联结松动过程的研究

采用数值仿真和实验相结合的方法,研究振动环境中螺纹联接松动过程的动力学响应特性,寻求能提前预警螺纹联接失效的特征量。首先定性地分析了螺纹联接松动的变化过程,建立了高度简化的螺纹联接动力学模型;通过数值仿真和实验相结合的方法验证了定性分析和简化模型的正确性;最后通过对大量实验数据的分析,筛选出谐波失真度作为螺纹联接失效的预警指标。实验分析表明谐波失真度不论是简谐激励还是随机激励都能较好地识别螺纹联接的临近松动状态。     

基于动力学模型修正的螺纹连接结构建模

在结构动力学仿真分析中,螺纹连接件的等效处理对分析精度和效率有直接影响。针对目前螺纹连接等效处理模型复杂、精度不足的问题,提出了一种基于动力学模型修正技术、以集中刚度单元替代螺纹连接件的等效建模方法。首先,应用所提出的建模方法,以L形螺钉连接板为对象,建立了螺纹连接系统等效模型,通过模态测试,研究了固有频率随拧紧力矩的变化规律;然后应用动力学模型修正技术,对建立的简化模型中刚度参数进行了修正。修正后的简化模型能够在较大拧紧力矩范围内,将固有频率计算误差控制在2.5%,表明所提出的方法是一种高效可行的螺纹连接简化方法。     

油井管螺纹的表面处理技术研究及进展

螺纹连接是油井管常用的部件，用于连接油套管、钻具等并传递动力。螺纹连接失效是油井管最常见的失效方式，螺纹的表面状态对连接部件的安全、稳定使用有重要影响。从油井管螺纹表面处理的必要性、螺纹表面热处理、镀层、固体润滑涂层等方面综述了表面处理技术在油井管上的应用与研究现状。粘扣是螺纹表面处理要解决的关键问题，着重介绍了激光热处理、氮化、固体润滑涂层等工艺对螺纹抗粘扣效果的影响，并简单介绍了冷滚压、喷砂等机械表面处理方法对材料表面疲劳性能的提升作用。     

弯矩载荷作用下偏梯形套管连接螺纹参量敏感性分析

井眼弯曲段的套管在承受常规载荷的同时还要承受弯矩载荷作用, 因此导致弯曲段套管连接螺纹失效率较直井段要高, 然而目前对套管连接螺纹在弯矩载荷作用下的力学行为认识尚不明确。针对该问题, 该文基于虚功原理、接触非线性理论及Von Mises 屈服准则, 运用有限元分析软件建立并计算了弯矩载荷作用下套管连接螺纹的三维力学模型, 获得了套管连接螺纹的应力分布规律, 并用实验结果与数值模拟结果对比验证了模型的有效性;在此基础上对螺纹锥度、承载面角度、导向面角度、齿高及螺距五个螺纹参量进行了敏感性分析, 最后总结了弯矩载荷作用下各螺纹参量对其应力分布的影响规律。该文的研究工作为套管偏梯形连接螺纹的优化设计提供了科学依据, 对减少套管连接螺纹失效具有重要的工程价值。     

锁定状态下一维可展桁架球铰连接刚度识别

针对某一维可展桁架的球形铰链连接,利用动力学模型修正方法识别了其连接刚度特性。将可展结构进行简化处理,使其处于展开锁定状态,单独考虑铰链刚度。对锁定后的展开单元进行精细化有限元建模,利用接触分析方法,得到球铰连接等效线性刚度初值。建立展开单元的参数化模型,并采用六向刚度弹簧单元对球铰连接进行等效线性处理。对锁定状态下的可展开结构单元进行模态测试,利用试验模态参数识别球铰的连接刚度。将识别的连接刚度值带入由三个展开单元组成的一维可展桁架,通过与试验模态数据对比验证了识别结果的准确性。研究结果表明,利用该基于动力学模型修正的空间可展开结构球铰连接刚度识别方法,能够准确识别球铰连接刚度,建立准确的动力学分析模型。     

自攻螺钉在胶合木中的拉拔破坏模型

随着木结构领域内力学紧固件的发展，具有足够长度和优化螺纹的自攻螺钉或螺纹杆为实现具有高强力学性能的木连接提供了一种新的技术方案。自攻螺钉在木材中的拉拔性能是影响螺钉连接力学性能的重要因素，为了充分利用自攻螺钉的轴向受力优势，应当避免埋置在木材中的自攻螺钉发生拔出破坏。不同于现有基于经典Volkersen理论的计算方法，该文提出一种适用于轴向受力螺纹紧固件的力学模型，首次在模型中引入一种包含螺纹的“装配单元”，用于研究自攻螺钉在胶合木中的拔出破坏机制，解决自攻螺钉的锚固长度计算问题。模型根据拔出破坏的典型现象重新定义了拔出破坏面，考虑了螺纹对木材破坏区域的影响，并在模型简化、公式推导和算法设计上体现出木材的局部受力状态和拔出破坏面上的剪应力、剪力不连续传递现象。理论计算与试验结果有较好的一致性，计算结果还表明，在发生拉断破坏以前，自攻螺钉和螺纹杆的拔出破坏荷载与埋置长度基本呈线性关系。     

基于时序二维化和注意力机制的法兰螺栓连接状态识别

针对采用振动对法兰螺栓进行动态激励时采集的声发射信号难以对螺栓连接状态进行精确识别的问题,提出了一种基于注意力网络的信号识别分类方法;采用分段聚合近似和格拉姆角场将声发射信号编码为二维图像,用图像代替一维信号作为诊断依据;为提高对图像的特征提取识别能力,引入注意力机制到残差神经网络中,设计了分组卷积诊断模型,实现了法兰螺栓连接状态的高精度识别。对比所选多种方法的试验结果表明,该方法可以有效地识别螺栓的连接状态,具有较强的细节特征提取能力和泛化性能。     

油管螺纹连接上扣状态受力分析

利用有限元分析方法,以φ73×5．51API不加厚圆螺纹油管接头为例,分析了油管螺纹连接处在上扣状态受力分布规律;根据分析结果,提出改善接头受力状态,提高连接性能的主要措施。研究结果不仅可以为生产厂家优化螺纹设计提供依据,而且对指导油田正确选择和使用油管也具有一定的参考价值。     

滚轧直螺纹连接技术在工程中的应用

对粗直径钢筋的六种连接方式进行了比较，确定滚轧直螺纹连接有接头质量高、易施工、操作简单成本低的特点，介绍了滚轧直螺纹连接的工艺原理、工艺流程和旋工方法。     

螺纹紧固件连接的防松分析

目前基本上所有的现在的机械产品均采用了螺纹连接方式，机械产品的经济性和可靠性也与螺纹有着密切的关系。本文从汽车的实际应用的角度出发研究螺纹紧固件连接的防松问题，发现松动原因，给出放松措施和预紧方法，有利于提高螺纹紧固件的连接效果。     

基于频响函数辨识机械结合部动态参数的研究

摘要：进行机械结构的动力分析与动态优化设计时,为获得比较准确的结构边界条件,结合部参数辨识成为其中一项关键技术。结合工程实际,应用频响函数辨识结合部刚度与阻尼参数的方法进行参数识别,对能否获取完备频响函数进行了研究,并作出相应的求解策略。该方法避开了对频响函数直接求逆,运用最小二乘原理将矛盾方程转化为定解方程,保证了数值计算的稳定。一般情况下,结合部处绝对阻尼值要远远小于绝对刚度值,为了更准确地辨识出阻尼值,需采用对阻尼进行二次辨识。该方法具有一定的工程实用价值,而且辨识过程简单。算例证实了该方法具有很高的辨识精度。     

基于测试频响函数的结构连接参数识别方法

构造了半刚性结构连接单元，并应用于结构连接参数识别的模型中。利用子结构法建立的组合结构有限元模型和不完备的组合结构的测试频响函数，导出了连接子结构参数识别方法。提出了基于子矩阵因子法求解变量系数矩阵的通用方法。并将参数识别归结为求解非线性最小二乘问题，应用信赖域法克服了最小二乘求解初值选取范围过小的问题。最后利用仿真算例对上述方法进行了验证，结果表明该方法可行且具有一定的实用性。     

基于子空间法与子结构法时变结构连接处的物理参数在线辨识

结构系统连接处的物理参数对于系统建模具有极其重要的影响,如何准确合理地辨识出结构系统连接处的物理参数一直是人们研究的热点,也一个存在相当大难度的问题。一般利用传统的子结构法进行参数辨识,还仅局限于针对非运动状态下系统结构连接处的物理参数识别问题。文中在传统子结构法的基础上,提出一种计算结构系统在运动状态下连接处时变物理参数在线辨识方法,这种方法分两步对系统进行辨识。首先利用子空间法实时辨识出时变结构系统的特征值与特征向量,然后利用辨识出的特征值与特征向量以子结构法为基础在线辨识出连接处的物理参数。通过改变子空间法的Hankel矩阵的分解方法提高计算速度。文中仅用响应数据形成子空间法的脉冲响应矩阵。通过仿真分析验证方法的有效性。     

改进的受力状态映射法在结合部动力学参数辨识中应用

针对受力状态映射法作为辨识非线性结合部参数重要方法具有物理意义明确、辨识准确等特点,而实际辨识试验时结构某些参数难以测定、致辨识过程困难等问题,提出结合子结构模态综合法的受力状态映射法,可有效解决该问题。参数辨识过程中对模型易出现的缺失项及冗余项,利用基于TSVD(Truncated Singular Value Decomposition)正则化方法的模型迭代修正法。仿真模型表明,修正模型较精确模型误差小、辨识精度高。通过对导轨结合部进行参数辨识实验研究,证明辨识方法的有效性及准确性。     

基于粒子群算法的6自由度机械臂动力学模型参数辨识

提出了基于粒子群优化(PSO)算法的工业机器人动力学参数辨识方法。首先利用改进的牛顿-欧拉方法,建立考虑关节摩擦的机械臂线性动力学模型,然后引入PSO算法,建立基于PSO算法的估计未知动力学参数的算法,最后以UR工业机器人为实验对象,通过设计激励轨迹,激励工业机器人关节运动,并对关节运动参数进行采样,实现UR工业机器人的动力学参数估计,并根据力矩预测精度验证动力学模型。实验证明了所提出算法辨识工业机器人动力学模型参数的准确性和有效性。     

铁基多孔含油固定结合面法向动态特性研究

实验研究了多孔含油材料固定结合面法向刚度和阻尼特性,运用带有调节系数的等效单自由度结合面单位面积参数识别方法对其进行识别。该方法采用相对位移法,将任意质量为m的振动系统等效为质量是Me的标准单自由度系统。方便快速地识别出结合面的单位面积刚度和阻尼系数,识别精度高。通过等效单自由度参数识别方法,分别识别了45号钢无介质结合面和铁基多孔材料(含油介质)结合面的法向刚度和阻尼系数。对比表明实验所用铁基多孔材料含油结合面法向动态特性优于45号钢无介质结合面,在相同的法向预紧力下,前者单位面积刚度增加40%左右,同时前者单位面积阻尼系数增大5-6倍。     

前后向时间序列模型联合估计的时变结构模态参数辨识

为提高时变结构模态参数辨识精度和抗噪声能力,提出一种前后向泛函向量时变自回归滑动平均（FS-VTARMA）时间序列模型联合估计的模态参数辨识方法。首先建立前后向FS-VTARMA模型联合估计的均方误差形式的费用函数,其次引入非平稳信号中前向模型和后向模型估计系数的近似共轭关系,再利用两步最小二乘法（2SLS）得到时变模型系数,最后把时变模型特征方程转换为广义特征值问题提取出模态参数。利用时变刚度系统非平稳振动信号验证该方法,结果表明：能有效地克服前向模型估计中模态参数一步延迟以及起始时刻无法准确获得,以及后向模型估计中模态参数一步超前以及终止时刻无法准确获得的缺点,具有更高的模态参数辨识精度和更强的抗噪声能力。     

基于混沌激励与吸引子分析的结合面损伤识别方法

工程结构在使用寿命周期内,各种环境因素会导致结合面出现损伤,从而威胁结构的完整性和功能性,甚至诱发安全事故。研究了一种利用混沌激励与吸引子几何特性进行结合面损伤识别的方法,采用混沌振动信号激励待测结构,对采集到的加速度响应信号进行相空间重构,并构造了一种基于吸引子局部方差计算的特征参量用于损伤识别,同时研究了影响特征参量的主要参数。设计了悬臂梁结合面损伤识别实验,控制固定端螺栓预紧力的下降来模拟结合面损伤,利用上述方法对结合面的损伤状态进行了识别。结果表明：本文方法能够识别结合面的损伤状态,所构造的特征参量随损伤程度改变单调变化,响应测点配置、特征参量计算参数等对损伤识别的效果有影响。     

基于模糊RBF神经网络的水下机械臂控制研究

针对水下复杂工作环境下机械臂控制性能易受影响,而传统控制方法效果不佳的问题,提出了一种基于模糊RBF（radial basis function,径向基函数）神经网络的智能控制器,用于精确、稳定地控制水下机械臂。考虑到在水扰动环境下,机械臂通常受到附加质量力、水阻力和浮力的影响,运用拉格朗日法和Morison方程,建立包含水动力项的二杆机械臂动力学模型,通过模糊RBF神经网络对水下机械臂动力学方程中的水动力不确定项进行总体识别并拟合,利用模糊系统启发式搜索和RBF神经网络推理速度较快的优点,使水下机械臂系统具有较高的控制精度和较强的自适应性。考虑到水动力项,采用Lyapunov稳定性理论验证了水下机械臂系统的稳定性。最后利用MATLAB对二杆机械臂进行轨迹跟踪控制仿真实验,并对比模糊RBF神经网络与常规RBF神经网络识别方法和传统模糊控制方法的控制效果。仿真结果表明：与常规RBF神经网络识别方法相比,模糊RBF神经网络控制下二杆机械臂关节1的响应时间缩短了91%,相对误差减小了88%,关节2的响应时间缩短了92%,相对误差降低了77%;与传统模糊控制方法相比,关节1的相对误差减小了65%,关节2的相对误差减小了10%。研究结果表明模糊RBF神经网络的控制效果优于常规RBF神经网络识别方法和传统模糊控制方法,可为水下机械臂的控制提供一种精度较高、较有效的方法。     

基于Tikhonov正则化及奇异值分解的载荷识别方法

针对矩阵求逆法应用中存在的病态逆问题,用Tikhonov正则化及奇异值分解法解决。通过对平板模型仿真分析,利用频响函数法矩阵条件数评价系统的病态性,系统病态性不同时用奇异值分解法与基于不同正则化参数选择的Tikhonov方法对载荷进行识别。研究表明,条件数大于1000时,Tikhonov正则化方法识别误差较小;反之,奇异值分解法较优。提出综合使用Tikhonov正则化与奇异值分解的载荷识别方法,给出方法流程。仿真与实验结果表明该方法可提高结构载荷识别精度,具有一定工程应用价值。