多输入多输出随机振动试验雅克比控制算法

研究了多输入多输出(MIMO,Multiple Input Multiple Output)随机振动试验闭环控制系统中不同元素超标现象,通过分析多输入多输出线性时不变振动系统输入与输出的频域关系,将多路信号的功率谱矩阵分解为自功率谱、相干系数和相位差等元素,推导出能表示输入输出元素微分关系的雅克比控制矩阵,提出了一种全新的MIMO随机振动试验雅克比控制算法。该算法对功率谱矩阵中元素超标现象进行有针对性地控制,其控制收敛速度快、精度高。在多轴振动台上进行两输入两输出振动控制实验,分别设定参考谱的各元素,设置容差带,然后进行频响函数估计,利用新算法对X轴和Y轴的振动进行控制,结果表明利用雅克比控制算法可将自谱、相干系数与相位等均控制在工程标准范围内,控制效果良好。     

大范围运动刚体-柔性梁刚柔耦合动力学分析

对自由大范围运动情况下刚体-柔性梁系统的刚柔耦合动力学特性进行了研究.考虑系统作平面大范围运动及柔性梁的纵向和横向变形,在纵向变形位移中计及横向弯曲引起的轴向缩短,即耦合变形项.采用假设模态法对柔性梁进行离散,运用拉格朗日方程推导出系统刚柔耦合动力学方程.分大范围运动为转动、平动,平面运动进行了动力学仿真,重点探讨了大范围平动下的刚体-柔性梁系统的刚柔耦合动力学特性.首先研究了系统在外界激励作用下的耦合动力学,其次分析了已知大范围平动对柔性梁小变形运动的影响.结果表明:零次近似模型不能反映大范围平动和柔性梁小变形运动之间的耦合作用;在不同的大范围平动加速度下,柔性梁中既可存在动力刚化效应,也可存在动力柔化效应.     

基于运行模态法的动力总成刚体模态试验研究

介绍两种基于运行模态法的动力总成刚体模态参数识别方法,即频域分解法与时域随机状态子空间辨识法。发动机怠速工况下,运行模态法可以识别出动力总成悬置系统在垂向跳动与绕侧向俯仰的刚体模态,并且可以识别出动力总成怠速激励下的谐波模态;而动力总成受到白噪声激励,运行模态法可以识别出动力总成悬置系统的全部六自由度刚体模态。从对比可知,运行模态法识别的模态参数与常规试验模态法结果基本一致,表明利用工况激励法进行模态参数识别是行之有效的。     

基于环境激励的车辆系统工作模态试验分析

应用环境激励下模态试验参数识别的方法,在滚动振动试验台上对某高速轨检车进行工作模态试验,得到该车悬挂系统和车架结构的模态参数.试验结果表明,在试验条件下,用环境激励的方法能够得到铁道车辆悬挂系统和车体结构的各阶模态参数.通过对该车试验的结果分析,认为该轨检车的悬挂系统模态参数符合TB/T 3115-2005标准.但是车架第一阶弹性结构模态发生在频率等于8.668Hz处,建议提高该车车架结构的一阶弯曲刚度.     

湍流边界层激励下加筋平板振声响应特性研究

船舶、汽车和飞机等高速运动时,其外壳受湍流边界层壁面脉动压力激励而产生的内场声辐射成为该类交通工具自噪声的重要成分。基于模态叠加法计算结构振动响应。采用湍流壁面脉动压力功率谱Corcos模型,计算了外侧气流或水流湍流边界层激励下简支平板振动及内场辐射声,计算值与解析解和试验值吻合良好,验证了算法的有效性。采用湍流壁面脉动压力功率谱改进型Corcos模型,研究了外侧水流湍流边界层激励下平板及板格的振声响应特性,结果表明:水流马赫数低,壁面脉动压力迁移波数大于平板结构弯曲波数,壁面脉动压力波数-频率谱的迁移脊对平板的激励作用可以忽略;横向或纵向加筋对板格振动速度自功率谱级基本无影响;减小板格宽度与长度之比,适当增大板格流向长度可使平板振动辐射声功率在2 000 Hz以上明显降低。     

弹性螺旋桨-轴系建模及振动特性的解析方法研究

为考虑螺旋桨自身弹性对桨-轴系统振动特性的影响,建立了一套基于Timoshenko梁理论的解析方法。将螺旋桨、轴系均用Timoshenko梁建模,结合桨叶与轴系连接处的协调条件及其边界条件,给出系统横向、纵向自由振动的控制方程;在同有限元结果对比表明本方法具有良好精度基础上,分析了桨叶弹性对系统模态的影响及桨-轴系统的力传递特性。研究表明:桨-轴系统的模态振型中螺旋桨叶片和轴系的弹性变形同时发生且相互影响,叶片弯曲模态会加剧轴系振动;作用于桨叶的激励引起的桨-轴系统轴承处的纵向传递力被桨叶弯曲和轴系纵振两阶模态显著放大,而横向传递力主要由桨叶及轴系的弯曲模态控制。     

香港汲水门大桥的模态识别

汲水门大桥是一座主跨430 米、双塔平行双索面、公铁两用双层斜拉桥,横跨香港马湾岛和大屿山岛之间的汲水门水道。在通车之前对该桥进行了实桥环境随机振动试验研究,以获得对桥梁抗震、抗风、健康监测、故障诊断等非常重要的结构固有模态(包括固有频率、振型及对应的阻尼比)。对主梁上的11 个测站(33 个测点)和两桥塔上的4 个测站(16 个测点)分4 组进行了环境随机振动信息的记录,并利用自编的模态识别程序EDPFDM 对所记录的信号进行了处理。在0～6Hz 范围内共识别出主梁竖向弯曲振动为主的模态10 阶,主梁横向弯曲振动为主的模态4 阶,主梁扭转振动为主的模态6 阶。经比较,固有频率和振型的试验结果与MSC-NAS-TRAN 程序的分析结果十分接近。     

主共振与内共振下纵横耦合轴系动力学分析

考虑Von Karman非线性位移-应变关系,利用Hamilton原理建立了轴系纵横耦合下的动力学模型。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,采用多尺度法求解了离散方程。研究了纵向主共振并伴随内共振(由纵向第一阶固有频率近似等于横向第一阶正进动与反进动频率之和而产生)联合激励时轴系的动力学响应。研究表明随着系统参数以及激励载荷的不同,轴系出现不同的动力学特性。当激励载荷小于一临界值时,纵向激励力只能激起纵向振动,系统响应与线性系统一样;当载荷超过临界值时,纵向激励力同时激起了轴系的横向正进动与反进动频率,此时纵向振动出现能量饱和现象,能量从纵向渗透到横向。能量在正反进动模态间的分配与其正反进动频率成反比,从而使反进动幅值大于正进动幅值。同时响应中也出现跳跃现象。数值分析结果与摄动分析结果一致。     

结构动力学应用中若干基本概念的研究

结构动力特性被广泛应用于结构振动控制、结构可靠性设计和健康监测,由此涉及到一些动力学基本概念的理解问题尚待深入探讨。采用一简支梁横向振动算例以及分别通过模态位移法和模态加速度法对多自由度系统的响应振幅进行分析计算,探讨结构位移响应与第一阶固有频率的关系、结构各阶位移模态的贡献与模态应变能的关系。基于模态正交性,通过分析多自由度振动系统的位移响应,论述了系统共振的必要条件,即在保证系统振动频率(某阶固有频率)等于激励频率的同时,其位移响应还应呈现出相应模态的形态;实现多自由度系统纯模态共振,可用于精确识别结构的模态参数。     

无网格法在中心刚体-旋转柔性梁系统动力学分析中的应用EI北大核心CSCD

将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。     

考虑振型修正的识别惯性参数的一种模态模型方法

刚体惯性参数直接影响系统的动力学行为,因而在系统动力学分析和振动控制等方面具有重要意义。从理想无约束刚体动力学出发,分析了6阶刚体模态振型元素的特点,基于模态模型方法推导出刚体惯性参数与刚体模态振型元素之间的显式关系,并应用空间几何投影关系进行了阐释。在此基础上,利用这组表达式对由模态实验测得的可能存在误差的刚体模态振型元素进行修正,以改进模态模型法识别惯性参数的精度。应用结果显示了方法的有效性与辨识精度。     

敷设粘弹性材料的溜槽的试验模态分析

针对传统溜槽振动和噪声非常大的情况,设计了内部自由敷设粘弹性阻尼层的溜槽。文中应用了锤击激励法和LMS test. Lab振动测试系统对内部敷设粘弹性阻尼层的溜槽进行了模态试验,得到了前6阶固有频率、阻尼和振型,经过模态置信准则检验,所测试验模态参数真实有效。通过对试验结果的分析发现溜槽出口处的振动为扭转振动和弯曲振动的叠加,加工时应该加强出口处的强度以减小局部振动。研究结果为敷设粘弹性阻尼层的溜槽的优化设计提供了参考。     

大型液体火箭结构纵横扭振动与推进系统耦合(POGO)稳定性分析

大型液体火箭结构振动模态空间分布的特征,导致结构横向和扭转振动对传统POGO回路稳定性产生影响。对此,基于改进的Rubin建模方法,建立了结构纵横扭振动与推进系统液路脉动耦合的POGO回路模型。该模型具有非奇异的优点,可以直接应用于频域分析和时域仿真。基于该模型分析了中国某型号液体火箭推进系统的泵增益和蓄压器能量值等重要参数对结构纵向振动以及横向和扭转振动稳定性的影响。研究得出,泵增益的增大不仅使结构纵向第2、4阶模态不稳定也使结构横向第2阶不稳定。通过调节蓄压器能量值,不但可使结构纵向失稳的模态由不稳定变为稳定,也使结构横向失稳的模态由不稳定变为稳定,说明该型号液体火箭的推进系统不仅与结构系统的纵向模态存在耦合作用,也与横向模态存在耦合作用。因此,对于大型液体捆绑火箭,在研究POGO稳定性时分析结构纵横扭振动与推进系统的耦合作用是有必要的。     

双向行走激励条件下人行桥的随机振动问题研究

多人双向行走条件下人行桥的随机振动对城市大跨梁式人行桥的竖向振动估计及其控制有重要意义。该文基于桥上人群双向行走的交通流特征,利用随机振动的基本理论和虚拟激励法,发展了适于多种边界条件以及跨度布置的人行桥桥上各点加速度功率谱密度函数的计算方法,该方法适于描述人群按各种不同方式上桥行走的交通状况。计算结果表明:该文提出的加速度功率谱密度函数计算方法和时域方法吻合良好,满足工程计算的效率和精度要求;即使满足现行设计规范(承载力、挠度、基频f3Hz)的人行桥,也会因人群荷载的高阶傅里叶级数分量引发的人桥共振而产生振动过大的问题;相比单向行走,人群的双向行走将对不同共振模态的人行桥产生不同的激励效应,共振模态为对称时为相互叠加,共振模态为反对称时为相互削弱。     

振动分析和测量系统(YAMS)

小计算机干大事·各种复杂结构动态试验二PC VAMS·现场减振设计=PC十VAMS·振动工程课题研究=PC VAMS·振动教学=PC VAMSn一周期12一瞬态13一触发21一图形显示22一数学运算23一频域分析31一MIMO全相干32一MIMO随机41一时域基识别42一频域基识别411一M工MO直接时域法421一MIMO频域一时域法412一MIMO广义频域法422一MIMO正交多项法 423一MIMO频域法61一几何造型62一模态动画胎一正弦慢扫动画61一频响模拟62一动态修改63一动态综合71一时域,频域数据72一模态数据81一自由振动82一频响函数14一正弦慢扫24一时域分析43一重…     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

弯曲共振法共振峰“劈叉”现象研究

使用弯曲共振法测量复合试件阻尼参数时,发现频响曲线有时会在共振频率附近产生"劈叉"现象,表现出两个峰值,与一般经验不符。建立了悬臂梁试件受到不同方向激励的耦合振动模型,通过信号合成复原了"劈叉"曲线,表明频响曲线在共振频率附近产生"劈叉"的原因是正交方向弯曲振动模态的干扰;提出了针对"劈叉"曲线的实验数据处理方法;利用阻尼层模量识别过程判断出"劈叉"曲线上两峰对应的振动方向,辨别主共振峰和干扰峰;进而分析了"劈叉"曲线干扰频率与幅度等对试件损耗因子识别精度的影响。结果表明,在主共振峰可辨条件下,使用弯曲共振法常规计算公式,即可得到相当准确的结果,并解决了"劈叉"曲线数据处理的难题。     

纵弯复合型超声椭圆振动辅助抛光光纤阵列系统设计

对现有的化学机械抛光工艺难以满足光纤阵列组件高质量和高效率的要求,根据杆件的纵向振动和弯曲振动基本方程,设计了一种纵弯复合超声椭圆振动装置,用于光纤阵列组件的超声椭圆振动辅助化学机械抛光,以提高光纤阵列组件端面的抛光质量和抛光效率。所设计的纵弯复合超声振动系统实现了36kHz下纵向4阶和弯曲13阶的同频超声振动。振幅测试试验结果表明,超声椭圆振动双向振幅分别为3μm和2.5μm,超声椭圆振动辅助化学机械抛光后的光纤端面粗糙度达到27.58nm。     

不同频率轨道激励下列车横向半主动控制研究

轨道不平顺激扰是影响高速列车横向振动最常见和最主要的因素,而目前对不同频率轨道激励下车辆横向振动以及其半主动悬挂控制算法实现的研究甚少。基于此,建立高速列车17自由度车辆横向振动仿真模型,运用经验模态分解基于频域采样的三角级数法模拟的轨道谱信号,并重构得到不同频率的轨道激励,对不同频率轨道激励下车辆横向振动和横向半主动悬挂天棚阻尼控制算法进行研究。研究结果表明,影响车辆横向振动的轨道谱信号主要集中在0～10 Hz;在270 km/h的运行速度下,当天棚阻尼控制算法的比例系数k取7.5～8.5时,车辆横向平稳性得到较大改善,可为轨道谱优化与改进以及天棚阻尼控制算法实现提供理论指导。