基于MSC的气动式振动台台面性能研究

气动式振动台是一类重要的可靠性强化试验设备,然而早期气动式振动台振动信号的能量在频域内分布不均匀且低频能量较低,这限制了该类设备在可靠性强化试验中的进一步应用.以气动式振动台的关键部件--振动台面为研究对象,应用大型有限元分析软件MSC建立了气动式振动台的有限元模型,仿真分析了两类具有不同形式工程台面的气动式振动台动力学响应;结合低频能量和均匀性指标,建立了气动式振动台的性能评价准则,客观地评价了两类台面性能的优劣程度,从而形成了一套完整的台面性能仿真研究方法,为下一步进行气动式振动台的性能改善乃至自主研发工作奠定了基础.     

传递函数在气动式振动台动力学响应分析中的应用

针对一类新型可靠性强化振动试验设备——气动式振动台,根据矩形薄板横向弯曲振动理论,建立了气动式振动台的力学模型,采用能量法(Rayleigh-Ritz法)近似计算了振动台面的固有频率和归一化条件下的正则振型,并对数值计算结果进行了实验验证。在此基础上,考虑到实际气动式振动台复杂的激励载荷,即九个不同位置气锤产生的周期性激励信号,通过计算振动台面气锤安装位置(输入)与响应位置(输出)之间的传递函数,进一步研究了振动台面的动力学响应,并通过有限元仿真验证了本文的理论计算结果。研究表明:传递函数法是分析气动式振动台动力学响应的有效方法,且具有较高的计算精度。     

气动式振动台理想激励信号的特性

气动式振动台是一类重要的可靠性振动强化试验设备,目前国内尚未对其关键技术及自主研发展开全面研究。根据薄板振动理论建立气动式振动台的力学模型,采用能量法(Rayleigh-Ritz法)分析和计算振动台面的固有频率和正则振型,将用于机械系统动力学分析的传递函数引入到振动台系统,推导气锤安装位置与振动台面任意响应位置之间的力―加速度传递函数,在此基础上,构建气动式振动台的动力学模型,揭示振动台面受到的激励力信号与其加速度响应信号之间的关系,针对振动台的“理想”加速度响应信号,进一步计算与之对应的“理想”激励力信号,并分析该激励信号的特性,为该类设备的性能改善乃至自主研发提供理论指导。     

高频电液振动台用台面的性能分析及优化设计

振动台台面是连接试件和活塞轴的重要零件,它的性能如何对振动台参数有很大影响.该文应用有限元分析软件对高频电液振动台用台面进行了分析,并对台面结构的改进进行了探讨.     

六自由度振动试验系统运动极限

针对六自由度振动试验系统的试验能力问题,对试验系统台面的运动极限情况进行分析.研究的振动试验系统由8个独立的电动振动台和一个台面组成,振动台和台面之间通过静压球形接头进行机械解耦.建立该振动试验系统的几何模型,采用斯图尔特平台分析方法,推导出台面位移和各振动台位移之间的关系.建立了一种优化计算方法,根据振动试验系统的参数计算出台面的极限位移,得到振动试验系统的最大试验能力;也可根据给定的试验条件要求计算出各振动台应具有的试验能力.此工作为此类型振动试验的实施提供了判断依据.     

振动台虚拟试验仿真技术研究

将振动台刚体模型、数学参数模型与夹具有限元模型相结合,建立振动试验仿真系统。借助Virtual.lab软件包分别建立电动振动台及夹具的刚体和有限元模型,并结合振动台动圈物理参数建立振动台数学参数模型,实现与Matlab/Simulink软件的联合控制,形成电动振动台虚拟振动试验仿真平台。以夹具的正弦扫描试验为例,研究仿真过程中传递函数求取及控制信号幅值提取的方法。结果表明,这种联合仿真方法能较好地模拟实物试验,并且也可使控制效果可视化。     

机械式高频振动台设计及特性分析

提出一种新型的机械式振动台,分析其结构组成及工作原理,建立偏心轮激振体的动力学方程,通过三维建模并进行仿真试验,分析出不同频率下的位移、速度、加速度时间曲线及其变化机理。基于Solid Works环境,对振动发生装置进行有限元分析。仿真实验证明,该新型机械式振动台设计简单可行。     

水下振动台动态特性的研究

水下振动台用于模拟军舰装置外壳的振动，其台面上安装有声纳传感器，用于接收来自水下的声纳信号，要求振动台垂直台面方向的振动均匀，因此，为了保证在振动台整个工作频率范围内，驱动台大小设计的合理性以及垂直台面方向振动的均匀性，对台面的动态特性进行分析是非常必要的，从推导振动台台面流固耦合运动方程出发，通过有限元方法，计算了台面在空气中和水下振动的谐响应并得出各自的共振频率，计算结果表明，台面的设计必须充分考虑流固耦合的影响。     

气动式振动台激振器低温失效机理研究及结构改进

气动式激振器是给可靠性强化试验设备气动式振动台提供激励信号的核心部件。针对气动式激振器在低温试验环境中无法工作的问题,研究其低温失效机理,建立理论分析模型;根据模型从激振器缸体材料、尺寸和内外壁温差三方面对气动式激振器结构进行优化设计,加工完成以加热膜为核心组件的气动式低温激振器样品,并给出温控方法;考察低温激振器样品的加热均匀性、加热效率和耐振性,并分别测试低温和常温环境中样品端部的激励响应。结果表明,该低温激振器样品的低温工作性能比原激振器有很大提升,能在低温环境中长时间稳定工作,且在低温和常温环境中端部的激励响应特性比较接近,验证新型低温激振器设计方案的可行性,对于拓展气动式振动台的应用范围有着积极作用。     

振动试验中非一致基础激励行为的表征与量化

针对振动试验中振动台台面输出并非完全理想的一致基础激励,从而可能导致试验中出现非预期响应行为的问题,通过理论分析、数值模拟和试验验证,采用模态叠加理论,将振动台台面响应分解到模态空间,开展了台面非一致基础激励的表征与量化研究,并结合某典型结构的空台面、轴向及横向随机振动试验数据,从响应功率谱密度曲线和均方根值2个方面进行了台面非一致基础激励的量化。研究结果表明,振动台台面输出的非一致性是不同程度存在的,台面的弹性支撑以及试验结构的对称性等对台面输出的一致性影响较大。     

Fault diagnosis of rotating machinery based on improved wavelet package transform and SVMs ensemble

This paper presents a novel method for fault diagnosis based on an improved wavelet package transform (IWPT), a distance evaluation technique and the support vector machines (SVMs) ensemble. The method consists of three stages. Firstly, with investigating the feature of impact fault in vibration signals, a biorthogonal wavelet with impact property is constructed via lifting scheme, and the IWPT is carried out to extract salient frequency-band features from raw vibration signals. Then, the faulty features can be detected by envelope spectrum analysis of wavelet package coefficients of the most salient frequency band. Secondly, with the distance evaluation technique, the optimal features are selected from the statistical characteristics of raw signals and wavelet package coefficients, and the energy characteristics of decomposition frequency band. Finally, the optimal features are input into the SVMs ensemble with AdaBoost algorithm to identify the different abnormal cases. The proposed method is applied to the fault diagnosis of rolling element bearings, and testing results show that the SVMs ensemble can reliably separate different fault conditions and identify the severity of incipient faults, which has a better classification performance compared to the single SVMs.     

单磁耦合式压电振动俘能器的建模与试验

为实现高可靠性及宽频带振动能量的回收,提出了一种单磁耦合式压电振动俘能器。建立了俘能器的动力学方程,采用COMSOL仿真分析了磁铁水平耦合距离d、竖直耦合距离h及耦合角α对势能的影响;设计制作了样机,并进行了试验测试。试验结果表明,俘能器的势能曲线随水平耦合距离d减小由单势阱变为双势阱,且存在较佳的磁铁水平耦合距离（d=11 mm）,使双势阱的阱深适中、俘能器的固有频率减小、有效频带变宽;竖直耦合距离h增大对有效频带的影响较小,h≤2 mm时,相较于无磁耦合（NMC）降低了固有频率;仅改变耦合角α时,存在最佳参数组合（d=14 mm、h=6 mm、α=67.5°）使俘能器获得较低的固有频率（16 Hz）和较宽的有效带宽（19.6 Hz）,较无磁耦合时的有效带宽拓宽了6 Hz,进而提高了俘能器的发电性能。     

工程中的低频振动测量与其传感器

针对工程实际中低频振动监测常被忽视的状况，讨论了工程中低频振动测量的要求，包括对大型水发电机组、桥梁、高楼和大坝等大型工程结构的振动监测和故障诊断以及其它工程领域的低频振动测量。文中还讨论了结构模态测试、动态应力应变测量、局部损伤检测对于振动传感器、信号处理技术的要求，并针对现有的测振传感器的不足，提出一种采用串联校正的、高灵敏度、高可靠的新型绝对振动传感器。     

冲击试验机摆锤特征参数的优化及评价

摆锤是冲击试验机中的关键部件,其特征参数能量、摆长及质心、冲击中心对冲击试验机的使用性能起重要的作用。讨论了上述4者之间的关系,提出了摆锤优化设计方法,通过该方法设计的摆锤能同时达到了受力变形最小、冲击能量摩擦损失最小、摆动周期准确要求。为了保证优化设计结果的可靠性,提出了摆锤特征参数优化结果的评价方法。     

高频疲劳试验机振动系统动力学特性分析

根据振动学共振理论,建立了高频疲劳试验机振动系统的动力学模型。通过对数学模型的求解,得出试验机的固有频率。在此基础上,通过ansys软件对试验机进行了模态分析,得到了各阶工作频率下的振型图。以上理论为工程人员提供了设计依据,可依此对试验机进行优化设计,从而得到更合理的结构尺寸,并为产品的系列化提供有效的参考。     

Rolling element bearing faults diagnosis based on optimal Morlet wavelet filter and autocorrelation enhancement

The fault diagnosis of rolling element bearing is important for improving mechanical system reliability and performance. When localized fault occurs in a bearing, the periodic impulsive feature of the vibration signal appears in time domain, and the corresponding bearing characteristic frequencies (BCFs) emerge in frequency domain. However, in the early stage of bearing failures, the BCFs contain very little energy and are often overwhelmed by noise and higher-level macro-structural vibrations, an effective signal processing method would be necessary to remove such corrupting noise and interference. In this paper, a new hybrid method based on optimal Morlet wavelet filter and autocorrelation enhancement is presented. First, to eliminate the frequency associated with interferential vibrations, the vibration signal is filtered with a band-pass filter determined by a Morlet wavelet whose parameters are optimized by genetic algorithm. Then, to further reduce the residual in-band noise and highlight the periodic impulsive feature, an autocorrelation enhancement algorithm is applied to the filtered signal. In the enhanced autocorrelation envelope power spectrum, only several single spectrum lines would be left, which is very simple for operator to identify the bearing fault type. Moreover, the proposed method can be conducted in an almost automatic way. The results obtained from simulated and practical experiments prove that the proposed method is very effective for bearing faults diagnosis.     

电连接器微动磨损的超声识别与性能退化模型

针对振动环境下电连接器易产生微动磨损而接触性能降低这一问题，采用超声检测方法监测微动磨损过程中电连接器接触件间磨屑的特征值，研究了不同振动条件下接触件的磨损程度及接触性能的退化规律。结果表明，振动频率、振动加速度和振动次数对接触面磨屑的堆积和接触电阻的波动都有正向累积效应；电连接器轴向振动时，磨屑累积效应最为明显。接触电阻和磨屑特征值总量在高振频及加速度下呈现极高的相关性。以磨屑特征值构建的麻雀搜索算法优化BP神经网络性能退化模型的平均绝对误差小于5%。     

多频响应的压电振动能量采集器的性能分析与测试

为了提升压电悬臂梁采集振动能量的能力,研究了一种具有多频振动响应的振动能量采集器。在压电悬臂梁与振动激励源之间增加一个附加梁,压电悬臂梁和附加梁的末端分别安装一个质量块,压电悬臂梁和附加梁垂直连接。附加梁的末端质量被设计为远大于压电梁的末端质量,而压电梁的一阶谐振频率在附加梁的前两阶谐振频率之间。采用该设计,压电悬臂梁的振动响应是多个谐振频带的叠加。通过建立机电解析模型,描述了所提出的振动能量采集器的振动响应和发电特性,同时制作了一个振动能量采集器样机进行试验,结果表明,与传统的悬臂梁振动能量采集器相比,所提出的振动能量采集器可以在更宽的频带范围内采集更多的振动能量。