面向工程机械再制造的相似模型试验研究

再制造是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业。面向工程机械再制造,基于相似理论,提出一种相似模型试验方法,用相似模型有效模拟工程机械零/部件原型的物理特性及响应,再现原型的典型物理特征,再由相似模型试验结果反推原型的参数。以薄壁杆件结构为例,首先在理论上推导出相似模型与原型之间的相似系数和预测公式等函数关系,然后设计、开展相似模型力学试验,并将理论预测数据与试验实测数据进行分析对比。结果表明:在薄壁杆件模型材料的弹性阶段,根据相似模型预测公式得到的挠度、拉应力和压应力预测数据与试验得到的挠度、拉应力和压应力实测数据基本吻合,从而验证了相似模型预测公式的有效性和模型试验的合理性。相似模型试验为工程机械再制造提供了一种新思路,对于工程机械再制造的理论研究和工程应用具有一定的参考价值。     

高能流密度面齿轮传动相似试验机理研究

高速重载工况下的面齿轮测试对试验台的性能要求很高,为了简化试验条件并降低试验成本,基于相似理论并采用量纲分析法推导出了面齿轮齿根弯曲应力和振动加速度的相似准则。通过试验测得相似工况下面齿轮的齿根弯曲应力和振动加速度,利用相似准则建立的面齿轮原型与相似模型参数的相似缩比关系估测实际高速重载下的弯曲应力及振动加速度,实现了高速重载面齿轮强度和动态性能的预测。     

齿轮结构振动幅射噪声机理研究

依据弹性理论建立了齿轮的弹性体力学模型,进行了弹性动力学分析,得出了齿轮体的固有特性和振动响应,推导了弹性体振动模态参数和声学模态参数之间的定量关系,从而得到齿轮结构振动声幅射特性参数和声功率的大小,并用实验数据进行了验证,可用于地齿轮自鸣噪声进行计算。     

组合转子-轴承系统非线性振动相似律研究

针对重力对系统原型、模型滑动轴承处振动相似性影响的问题,采用量纲分析法推导了考虑重力影响的组合转子-轴承系统非线性振动相似律表达式。理论分析了考虑重力对缩比模型建立的限制,并提出补偿方案满足完全相似关系。在此基础上,考虑尺寸畸变的影响,采用优化理论推导了轮盘尺寸畸变相似关系。分别建立考虑重力影响和同时考虑重力和尺寸畸变影响的数值仿真模型对相似关系进行验证,并与未修正模型进行对比。结果表明,考虑重力影响和同时考虑重力和尺寸畸变影响建立的修正模型均能对原型轴承处振动响应及油膜涡动过程进行准确预测;而未修正模型的预测误差很大,不能指导非线性振动试验。     

振动系统动力学模型修正方法比较研究

振动系统的动态特性主要取决于其模态参数.修正动力学模型可以提高分析模型与实际系统二者模态参数的一致性或其频响函数曲线间的相似度.这对于准确、可靠预测振动系统的动态特性或动态响应非常重要.文中概述了模型修正基本理论,并对不同模型修正方法进行比较分析.     

轴承保持架模型动力相似理论分析

基于相似理论分析了卫星动量轮轴承保持架模型的动力相似判据，得到模型保持架和实物保持架各动力参数的相似关系；在此基础上根据模态分析理论得出主要模态参数的相似关系，为进一步进行模型试验动力学研究奠定了基础，也为放尺比的模型试验研究提供了理论依据。     

大型碟式太阳能聚光器网架缩模相似设计及数值模拟

开展了25 k W大型碟式太阳能聚光器网架缩比模型相似准则分析并进行了相似设计,根据网架原型与缩比模型的静动力相似参数,建立了原型及缩比网架的有限元模型,通过对原型和缩比网架的力学特性数值模拟,揭示了不同工况下二者在位移、应力及自振特性方面的相似关系。结果表明,不同工况下缩比模型与原型的数值模拟结果误差均小于5%,二者在位移和应力分布及各阶振型上基本一致;网架基频频率相似误差较大,为进一步降低基频相似误差,缩比模型应增加构件侧向弯曲刚度,所作研究能够为后续网架模型的精确制作与模型试验提供参考。     

起重机模型试验的相似性分析

运用相似性理论对起重机模型试验进行分析,并确定出模型试验的控制物理量,然后使用量纲分析法推导出进行起重机模型试验所需要的相似性准则,进一步讨论模型试验应遵循的条件及其放宽。最后,通过起重机结构模型的试验物理量的相似比计算说明上述相似关系的应用。     

齿轮圆板振动声辐射特性研究

应用厚壁板理论,建立了齿轮的弹性体力学模型,进行了弹性动力学分析,推导了弹性体振动模态参数和声学模态参数之间的定量关系,从而得到了齿轮结构振动声幅射特性参数,并用实验数据进行了验证,为齿轮圆板振动声辐射计算奠定了基础。     

考虑变幂数的畸变动力学相似试验模型设计方法及试验研究

动力学相似理论广泛应用于大型结构的振动试验,其中畸变相似用于解决结构的设计参数不满足等比例缩放时的相似问题,针对畸变相似关系中幂数为定值导致预测精度低的问题,提出考虑变幂数的畸变动力学相似试验模型设计方法。首先,在敏感性分析与中心差分理论推导的幂数表达式的基础上,将中心差分的范围不断扩大得到一组随相似比变化的幂数。采用最小二乘法将这组幂数拟合为关于相似比的函数并建立相似关系。然后,在多盘转子系统的数值算例中将变幂数法与文献中的两种方法进行对比,结果表明,变幂数法的预测精度较文献中的方法有很大提高。最后,通过试验研究验证了数值算例中动力学模型及临界转速求解的正确有效性。相似关系的建立是以模型的临界转速为基础,因此也验证了数值算例中的相似预测结果。     

Balancing method without trial weights for rotor systems based on similitude scale model

A balancing method without trial weights based on the dynamic similitude scale model was proposed as a solution to the balancing problem of a large-scale rotor system. This method could be used to directly obtain the required coefficients for the balancing problem of the prototype system through a similarity model test without a prototype test. Thus, the weight test process of the prototype system was effectively eliminated in the proposed balancing method. First, with the rotor system as the research object, the analytical expression of the influence coefficient was derived on the basis of rotor dynamics theory. Then, through calculation and dimensional analysis methods, the similitude relationships of the rotor system and the influence coefficient were deduced on the basis of dynamic similitude theory. The correctness of the proposed similitude relationships was verified through numerical simulation and experiment. The balancing method without trial weights was proposed based on the similitude relationship of the influence coefficient. The effect of the balancing method without trial weights was compared with that of the traditional influence coefficient method through numerical simulation, and the results verified the correctness and effectiveness of the proposed balancing method. The results of this study provide theoretical supplements for the balancing method and the similitude design of the rotor system.     

基于频域法的随机振动疲劳加速试验设计

基于结构疲劳寿命频域分析法中的Bendat法和Dirlik法,通过理论推导分析证明并建立了随机振动疲劳试验中激励谱量级、响应应力水平和疲劳寿命之间的线性关系式。基于有限元仿真的分析结果,提出了一种利用此等效关系进行加速试验激励谱量级确定的方法。算例表明,该加速方法可缩短试验时间,为改进设计和提高质量等工作提供参考依据。     

基于惯性半径相似岸桥模型的地震试验

岸桥结构进行缩尺模型设计时,各构件(梁)的几何尺寸可由原形的尺寸按相似比推导出来,梁截面厚度却不能和长度按同一比尺缩小,导致梁截面尺寸不能完全相似。笔者采用截面惯性半径相似的方法控制抗弯刚度设计梁截面尺寸。以该方法为参考制作了一台岸桥缩尺模型并进行地震试验,缩尺模型试验测量值与数值计算结果接近,结构各考察点加速度、应变出现极值的大小以及所对应的时间都比较接近。该缩尺模型能替代完全相似模型,所得试验值能近似反映实际结构在地震中的动态响应,验证了截面惯性半径相似模型设计方法的可行性,为工程中大型钢结构缩尺模型的设计及后续的地震试验研究提供了参考。     

准定常流法测定瞬时流量的判据研究

准定常流法是测定瞬流量常用的方法，但其应用受相似准则Strouhal数的限制、Strouhal数应甚小。除了从流体运动偏微分方程组导出Strouhal数以外，本文从物质导数的表达式出发，也给出了上述的结论，但它具有简单明了的优点。当采用层流流量计测定内燃机瞬时流量时，因其流道直径甚小，使得Strouhal数约为0．001 左右。在S1100A柴油机上所做的实验证实了采用层流流量计按准定常流法测定瞬时流量时，因Strouhal数甚小，结果是令人满意和有效的。     

基于指数拟合的瞬态热学测试分析方法

根据瞬态热测试结果反推结构函数法的算法步骤通常包括数据拟合、平滑、求导、反卷积和网络结构转换，其中拟合和平滑分两步实现。在后续数据处理中，由于实际的测试数据信号含有很多未知噪声，往往会导致病态或不适定问题，所以在获得最终结构函数之前需要对测试数据进行去噪平滑处理。采用在原始数据理论数学模型基础上建立起来的利用最小二乘法拟合进行的数据平滑方法，此方法既省去了测试数据因寄生误差而必须进行的拟合操作，又能对含噪瞬态响应数据进行平滑，从理论建模分析和实际测试数据的分析及应用均可以看出该方法是有应用价值的。     

星载活动部件用轴承的失效仿真分析及试验验证

为了对长寿命卫星活动机构固体润滑轴承进行寿命评价,首先结合赫兹接触理论研究了轴承失效的物理量化模型;其次,通过计算机仿真手段从轴承动力学的角度模拟其安装于单机载荷上的实际工况,得到轴承内部接触摩擦特性及受力特性变化规律;最后,通过试验及得到的相关数据对仿真结果进行闭环验证。研究结果验证了该类固体润滑轴承动力学建模方法的正确性,为低速固体润滑类轴承内部润滑失效提供了定量的判据,并为最终提高二维扫描机构寿命的方法提供了借鉴。     

双电机消隙技术在串联机械臂中的仿真与应用

典型非线性齿隙广泛存在于机器人伺服系统中，为了减小齿隙对系统性能的影响，对串联机械臂采用双电机主从驱动消隙技术。首先基于双电机消隙系统的基本原理及结构建立了齿隙弹性死区非线性模型；然后根据双电机系统的动力学推导公式，建立了所采用的双电机偏置力矩消隙控制策略的Simulink模型，并给出了系统的算法框架及伺服系统硬件电路原理；最后根据实际工程设计参数数据进行原理仿真，并通过激光跟踪仪对采用双电机消隙技术的串联机械臂系统进行精度测试实验验证。仿真及实验结果表明：建立的数学模型能够反映实际系统的基本特性；工作空间为4.5 m的串联机械臂末端精度达到1.2 mm，满足工程应用性能指标要求。     

Experimental Study on the Ride Comfort of a Crawler Power Chassis Scale Model Based on the Similitude Theory

The ride comfort experimental assessment of crawler off-road vehicle is relatively overlooked, and is expensive and difficult to execute with higher and higher ride comfort performance requirements. To...     

机床结合部动力学建模与辨识方法的研究

针对机床结合部动力学建模与辨识过程中对子结构间耦合关系与内部激振对外部响应影响考虑不充分问题,采用频响函数矩阵建立完备的机床结合部动力学理论模型;基于力学平衡条件和位移兼容条件推导了辨识方程,提出一种新的动力学辨识方法;辨识过程中融入了子结构间耦合关系,将难测频响矩阵作为中间变量抵消,避免使用难以测量频响或估算难以测量频响所引入的方程误差。在此基础上,将辨识方程拓展至整个测量频段,构建包含辨识关系的矛盾方程,通过最小二乘法求解确定了结合部的等效动刚度,建立了结构的有限元模型。为验证方法的正确性与可行性,基于LMS试验平台进行了现场试验,获得了良好的试验效果;与缩减维度、忽略内部激振作用的建模方法进行了对比分析,结果表明本文方法具有更好的预测性。     

飞行器结构在高强宽频噪声环境下的响应预示分析与试验研究

超高声速飞行器的动力学环境频域宽,使用有限元/边界元方法预示其振动响应存在困难。基于统计能量分析(Statistical energy analysis,SEA)理论建立某型高速飞行器声振耦合动力学模型,用理论解析和经验公式的方法确定各子系统的输入参数,以实际噪声试验条件作为飞行器SEA模型的输入激励,对飞行器舱内噪声声压级和子系统振动加速度响应进行预示,并与试验结果进行比较。结果显示,子系统振动加速度功率谱密度(Power spectral density,PSD)在中高频与试验结果基本一致,舱内声压在整个频段内误差小于3 d B,因此建立的动力学模型和采用的计算方法是可靠的,解决了有限元、边界元在中高频声振响应问题计算的局限性。通过传递路径分析寻找出舱内声场的主要来源,提出以损耗因子为设计变量的噪声控制与优化方法,利用遗传算法实现了这一非线性约束问题求解,为研究飞行器结构和复杂动力学环境以及飞行器降噪优化设计提供有效的手段。