L型压电振动能量采集器的有限元分析与特性仿真

单频悬臂梁式压电振动能量采集器存在工作频带窄、采集转换效率低等问题。通过在单频悬臂梁式压电振动能量采集器的水平悬臂梁末端增加一垂直悬臂梁,构造了一种L型宽频压电振动能量采集器;运用有限元法建立L型振动能量采集器的有限元分析模型,仿真分析了L型振动能量采集器的结构参数对其前两阶模态频率的影响,得到了结构最优尺寸。利用Hamilton原理建立了L型能量采集器的机电耦合分析模型,对其振动特性和电输出特性进行了数值仿真,结果表明L型结构能够提高能量采集器的工作频带和采集效率。     

三层结构模型的内共振和组合共振

主要对三层结构模型的内共振和组合共振实验进行了研究。通过模态设计使得结构一、二阶模态频率之比接近1:3。经振动台水平基础激励实验发现：以一阶模态频率、二阶模态频率激励,都可激发出一、二阶模态间的内共振行为,同时该结构中还存在多种组合共振行为。为下一步非线性振动实验装置的改进奠定了基础。     

谐振管式液体密度计灵敏度优化方法

基于欧拉-伯努利梁理论，构建了谐振管式液体密度计长直管谐振子工作的非齐次偏微分方程，并进行求解，给出了谐振子灵敏度的解析式。依据谐振子灵敏度解析式，结合ANSYS Workbench湿模态仿真分析了谐振子灵敏度在不同结构尺寸与工作模态下的变化规律。根据分析结果，选择加工了13根不同结构尺寸的长直管谐振子，并采用力锤模态分析法进行实验，验证了解析式的有效性。结果表明，通过减小有效长度，增大内半径，将壁厚取临界值及提高工作模态阶数，可以显著提升长直管谐振子的灵敏度，最高可达-1.904 Hz·kg^-1·m³。     

蛋糕超声波辅助切割刀的优化设计

为了适应切割大尺寸、粘性食品的要求,设计了频率为20k Hz的食品用超声切割刀。采用有限单元法对其进行模态分析,获取各阶固有频率、刀具刃口振幅分布等参数。通过对切割刀刀身结构进行敏感性分析,得到了切割刀结构尺寸对切割刀输出端位移的均匀性、纵向振动固有频率与邻近频率的影响。对影响程度大的结构参数进行了二次优化,使所设计的切割刀在20k Hz频率附近以纵向振动模式为主,谐振频率与邻近固有频率间距足够大,刃口振幅位移分布均匀性得到较大的提高。     

舰艇电气设备中簧片式触点开关冲击响应分析

簧片式触点开关广泛应用于舰艇的电气设备中。舰艇受到爆炸冲击时,簧片式触点开关易发生断路或簧片产生塑性变形,影响设备的可靠性,危害舰艇的安全。为了校核簧片式触点开关的抗冲击能力,首先对处于闭合状态的簧片式触点开关进行接触模态分析,然后对其施加多种典型冲击载荷并采用Bathe复合积分法开展计算,最后通过提取动、静触头之间的接触力来判断簧片式触点开关是否发生断路,同时观察簧片根部在冲击载荷下是否发生塑性变形。研究发现：动、静触头之间的接触力在冲击载荷作用时波动剧烈,而在自由振动时则呈现出明显的周期性,且振动频率接近一阶固有频率;在幅值相同的情况下,高频冲击载荷更容易诱发剧烈的接触颤振而断路,低频冲击载荷会使簧片根部的应力较大而塑性变形。讨论了负波延迟对冲击响应的影响,提出了改善簧片式触点开关抗冲击能力的措施。     

配重式顶堆侧取堆取料机结构分析

本文针对目前国内应用比较广泛的配重式顶堆侧取堆取料机这种机型,阐述了设备的结构及工作原理方面。并根据设备实际受载荷情况,对金属结构的刚度、强度进行计算校核。模态分析得出了结构的前十阶模态振型和固有频率,结合对外部激励频率的分析,验算得出外部激励不会造成设备的共振。     

电梯系统共振失效的灵敏度研究

以曳引式电梯为研究对象,考虑电梯曳引绳刚度具有时变特性,对电梯系统建立了8自由度耦合振动的动力学模型。在对系统进行模态分析的基础之上,以影响系统模态频率的动力参数作为随机变量,结合DOE试验方法与神经网络技术,得出系统随机变量与系统模态响应之间的显性函数关系式。依据动态结构系统的固有频率与激振频率差的的关系准则,定义了系统共振的失效模式,并对系统的随机变量进行了可靠性灵敏度分析。研究表明,绳头侧刚度和曳引机支撑刚度对频率共振影响最为明显,因此,在电梯系统设计中可以通过修改该动力参数达到有效降低共振的风险。同时,在实际工作中应该严格关注和监视该动力参数的变化,避免发生共振。     

突跳式温控器的失效分析

突跳式温控器失效会导致电茶壶、电饭煲等家电产品控温和过热保护功能失效.采用FMECA分析方法,确定导致突跳式温控器失效的关键元件,通过关键元件失效分析,得到突跳式温控器的失效机理,提出提高突跳式温控器工作可靠性的技术措施.FMECA分析表明,突跳式温控器的主要失效模式为触头粘结、簧片断裂和温度漂移,引起突跳式温控器失效的关键元件为触头、簧片、热双金属片.关键元件失效分析表明,触头粘结现象是由于触头燃弧引起的,簧片断裂现象是由于簧片受到的疲劳应力超过疲劳强度引起的,温度漂移现象是由于热双金属片尺寸参数改变或热双金属片层间分离引起的.     

单向双轴振动台与结构相互作用的影响及补偿

为研究单向双轴振动台与结构的相互作用,建立了振动台与结构的传递函数矩阵(TFM),研究了结构与振动台的质量比,结构的阻尼比、频率,以及结构与振动台的转动惯量比对传递函数矩阵的影响。结果表明:质量比、阻尼比和频率产生的影响集中在结构自振频率及周围的频段,而转动惯量比产生的影响位于油注共振频率及周围的频段;在相互作用影响的频段范围内,振动台的控制性能出现了不同程度的下降。基于以上研究,提出了一种实时补偿的控制策略,采用所提出的控制策略后,相互作用在频域的影响被完全地补偿;时域随机波的波形相关系数提升37.90%,误差的均方根值下降72.56%,振动台的控制性能得到很大的提升。     

电机定子振动模态频率分裂特性分析

有效抑制由电机径向电磁力激发的电机定子振动是实现电机减振降噪的一个重要途径,而对电机定子模态频率及模态振型的准确分析是抑制电机定子径向振动的基础。采用圆环的弹性力学解析模型作为电机定子振动的分析模型,对无约束状态下电机定子的模态进行分析,得到了电机定子径向振动模态频率和模态振型的解析解。以齿槽和底脚为典型附加结构,采用摄动法对电机定子模态频率的分裂现象进行分析,总结了频率分裂与否以及分裂阶次的判定准则。通过ANSYS有限元软件验证了理论方法和计算的有效性。结果表明,所建立的二维圆环模型可以准确、高效地应用于电机定子模态特性的分析;附加结构的分布形式对定子频率分裂特性具有重要的影响。     

纵径耦合振动管形振子的特性研究

对纵径耦合振动的管形振子进行了研究,给出了管形振子的频率方程,并利用有限元和边界元软件对管形振子的振动模态和辐射的声场特性进行了分析。对于管形振子,由于振子各部分的振动幅度和相位不同,因而在振子径向位移较大的水平区域声场加强,较小的水平区域声场减弱。通过实验验证了分析结果的正确性。     

间接激励压电发电机的建模仿真与试验研究

为满足旋转机械监测系统的自供电需求、解决现有压电发电机可靠性低及有效带宽窄等问题,提出一种基于移动凸轮间接激励并限幅的旋转式压电发电机(简称间接激励压电发电机)。介绍了发电机的结构原理并进行了建模仿真与试验测试,获得了激励磁铁数量比、凸轮升程及升角对激振力形式/幅值、压电振子变形量/输出电压及发电机带宽等的影响规律。结果表明:利用凸轮间接激励可有效地限制压电振子的振幅/输出电压、避免幅频特性曲线出现明显的谐振峰;其他条件相同时,使压电振子变形量/输出电压相同的有效带宽随激励磁铁数量比的减小及凸轮升角(30°-45°范围内)的增加而增加;随凸轮升程的增加,压电振子变形量/输出电压增加、有效带宽减小;磁铁数量比为0.25、升角为40°、升程为2/3/4/5 mm时,使输出电压为20/40/60/70 V的有效转速范围为212.8/67.2/67.2/44.8 r/min;此外,存在最佳负载70 kΩ使发电机输出功率最大(9.66 mW)。     

低频电磁振动台非均匀气隙磁场优化设计

针对大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度参数非线性导致振动激励信号产生失真的问题,在电磁振动台机电耦合模型分析基础上,采用电路等效原理建立大行程磁路简化数学模型,并基于Ansys Maxwell软件对气隙磁感应强度的非均匀分布特性进行仿真分析。基于连续混合整数非线性规划算法,分别仿真分析不同内磁轭母线轮廓及端面结构非线性参数对应的气隙磁感应强度分布特性,得到具有最小不均匀度的变气隙及变截面磁路最优解。仿真结果表明:变气隙和变截面结构分别将优化前25.95%的不均匀度降低到7.09%和2.70%,变截面结构具有更好的优化效果。设计的优化磁路结构可有效改善大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度的非线性,降低输出振动信号的失真度,提高低频振动校准精度。     

鱼洗：手―盆―水系统的试验与动力学特征分析

针对鱼洗的喷水现象,进行了较详细的动力学理论分析和实验研究。首先,对鱼洗进行了充水和无水下双耳悬挂实验模态分析,完整地得到了鱼洗的前十一阶模态频率,振型和阻尼比;其次,进行了鱼洗的手搓喷水实验,通过工况模态分析理论和算法实现,得到了喷水状态的模态参数。与实验模态分析结果的对比,得到了鱼洗喷水态的动力学特征与模态参数一致的结论;第三,进行了激振器共振实验,用激振器对盆-水系统进行固定频率的稳态激励,得到了各阶模态频率下的共振喷水现象,说明鱼洗在共振激励下可以喷水,且喷水态动力学参数也与模态参数相一致。     

碟簧装置恢复力模型及其在自复位RC剪力墙中的应用

为了准确模拟碟簧装置和自复位RC剪力墙的力学性能,对碟簧装置的工作原理和力学特性进行了分析,提出并开发了碟簧装置恢复力模型,通过试验验证了恢复力模型的准确性。在低周往复荷载作用下,对内置碟簧装置的自复位RC剪力墙的滞回性能进行数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:应用碟簧装置恢复力模型的数值模型可有效模拟自复位RC剪力墙的滞回特性、自复位性能及耗能能力。自复位RC剪力墙的承载力随碟簧预压力、附加摩擦力及碟簧装置刚度的增大而增大;耗能能力随附加摩擦力的增大而增大;残余位移随附加摩擦力的增大而增大,随碟簧预压力和碟簧装置刚度的增大而减小。     

可控震源重锤-活塞杆动态行为规律与扰动控制研究

针对工程应用中可控震源振动器扰动量大、信噪比低等问题,结合重锤运动轨迹检测试验,通过理论计算与数值模拟,开展了重锤-活塞杆动态行为规律研究;在此基础上,开展振动器扰动控制研究,提出竖直进油方式振动器,与横向进油时的结果开展对比仿真分析,并进行竖直进油振动器扰动试验验证。结果表明:横向进油方式下,重锤受绕z轴的转动力矩作用且活塞杆存在变形,导致重锤上某点的运动轨迹为空间曲线,增大了振动器的扰动量,因此,横向进油方式是导致振动器扰动大的直接原因;竖直进油方式下,重锤不再受转动力矩影响且活塞杆变形得到极大改善,有效降低了振动器扰动量。研究结果对改善输出信号品质、提高输出信号分辨率具有重要的工程意义,建议在振动器的设计中采用竖直进油方式。     

超长复杂基础隔震结构静动力特性温度相关性研究

环境温度变化会引起超长基础隔震结构响应与动力特性发生改变。基于某超长复杂基础隔震结构健康监测系统实测的隔震层温度、隔震支座水平位移及上部结构加速度响应数据,分析了环境温度对隔震支座水平位移及结构动力特性的影响规律。首先,从理论上分析了温度对隔震支座水平位移的影响机理,并对隔震层温度与隔震支座水平位移进行了相关性分析。同时,对环境温度对基础隔震结构动力特性的影响机理进行了理论分析,并结合隔震支座温度相关性试验结果,对结构动力特性与环境温度的相关性分析结果进行了验证。结果表明,环境温度与隔震支座水平位移具有较强相关性;环境温度与隔震结构动力特性的相关性分析结果与隔震支座温度相关性试验所得到的结果具有较好的一致性;最后,通过参数回归分析,给出了超长复杂基础隔震结构隔震支座水平位移、模态频率的温度相关性模型,并给出了温度对超长复杂基础隔震结构模态频率的影响系数曲线,为准确、合理评估隔震结构的性能状态提供依据。     

电磁继电器触簧系统振动加速度的分析方法

电磁继电器触簧系统固有振动频率和极限加速度是衡量其力学环境防护性能的两个重要指标。综合分析了静触簧为刚性结构和柔性结构的触簧系统，建立其抗振性分析数学模型，给出了簧片振动加速度的解析表达式及检验电磁继电器触簧系统抗振性的合理判据。通过分析影响电磁继电器触簧系统振动加速度的相关因素(主要包括材料特性参数、尺寸参数、触点初压力、触点质量)，得出了若干有关提高电磁继电器触簧系统抗振性能的重要结论。这些结论可为电磁继电器机械反力系统参数优化设计提供理论基础。     

砧骨激励式压电振子听力补偿性能实验

针对传统压电式人工中耳输出增益较小、工作频带窄的问题,提出利用压电叠堆型压电振子激振砧骨体来补偿听力。为验证该方案的可行性,搭建由送声器、测声探管、压电振子及激光测振仪等构成的颞骨实验台,对振子动态特性、听骨链在声激励下及压电振子激振下的动态特性进行了测量。通过对比分析镫骨在两种激励下的运动情况,研究压电振子的听力补偿情况。结果显示,该砧骨激励式压电振子在低功耗、低电压下,便能对听力损伤进行有效补偿。此外,该压电振子听力补偿时还具有高频性能优异的特点,一方面在同等驱动电压下,高频补偿能力更强,能激起高达130 dB鼓膜声激励对应的运动幅度;另一方面,对高频段听力补偿时,具有较高的清晰度。     

H-结构薄板纵弯复合模态驱动的压电直线电机

为高性能压电直线电机设计奠定基础,推出基于H型振子的直线电机并利用该振子两纵向杆面内一阶纵振与二阶弯振驱动电机。研究电机的驱动机理并从理论上阐释振子纵杆驱动端质点的椭圆运动形成过程;建立振子有限元模型并对其工作模态、灵敏度、谐响应进行分析;优化振子结构尺寸,完成电机装配结构设计并制作出振子、电机实物;对振子进行模态试验,结果显示该振子不仅具有预设的工作模态,且在正常激励条件下,驱动端纵、弯振幅值分别可达1.2 μm,1.4 μm。研究表明,该电机有望产生较大速度与动力。