交流电机驱动弹性连杆式振动机械的Sommerfeld效应分析

针对一类由交流电机驱动的弹性连杆式振动机械,研究了该非理想振动系统中的Sommerfeld效应。基于拉格朗日方程,引入交流电机的数学模型,建立了该振动系统的机电耦合动力学方程。应用平均法,推导了系统一次近似解析解及稳态运动时的电机运动方程。根据一次稳定性判别法,获得该系统的三个稳定性条件。通过对理论结果进行数值分析发现,交流电机驱动的非理想振动系统必须考虑机电耦合作用,因为其幅频特性曲线也具有硬式非线性特征。对存在转速跳跃现象的案例进行分析发现,其产生原因均是电机运动方程本身是超越方程,存在多根现象。需要将参数代入稳定性条件判断哪个状态是稳定的。上述理论结果通过时域仿真得到了验证。对质量、主振刚度、传动刚度、偏心半径和电机阻尼等系统参数进行了定量的数值讨论,可以为该类振动机械参数设计提供依据。     

基于张紧装置的高速电梯提升系统振动控制

考虑提升系统横向和纵向的耦合作用。应用广义Hamliton原理建立了带有张紧补偿钢丝绳的高速电梯提升系统振动控制方程,并以高速电梯提升系统为例对模型进行了数值仿真分析。结果表明:张紧装置的增加能有效抑制提升系统振动,一方面从理论上分析和解释了具有张紧装置的补偿钢丝绳可以大大减小提升系统振动的原因,另一方面说明选择张紧装置抑制提升系统振动的合理性,研究工作为下一步高速电梯提升系统振动控制器的实际应用提供了具有建设性的方法及其思路。     

阻尼环对齿轮系统轴向振动的减振特性研究

分析了齿轮系统的振动机理与阻尼环减振原理。建立了齿轮—阻尼环系统的轴向振动的动力学方程组,采用谐波平衡法求解动力学方程,得到了近似解析解,并与数值解进行了比较。在此基础上,采用一组典型参数,讨论了系统的幅频特性,并探讨了齿轮—阻尼环系统减振效果与阻尼环参数的关系。     

多楔带附件驱动系统旋转振动方程的通程式方法

建立了单根多楔带附件驱动系统的旋转振动方程的通程化方法,以适用于不同布置形式的单根多楔带附件驱动系统的旋转振动特性计算。在此基础上,开发了一个单根多楔带附件驱动系统旋转振动特性的计算程序,并利用该程序对两个不同布置形式的多楔带附件驱动系统的旋转振动特性进行了计算。计算得到了这两个不同布置形式的多楔带附件驱动系统的固有频率、带的稳态张力、轮和张紧臂的角度波动、带段的动态张力和最大轮毂载荷等。将部分计算值和实测值进行对比,验证了本文所建立的通程式方法的可行性。     

多自由度非线性振动分析的平均法

将单自由度非线性振动分析的平均法推广到多自由度，基于平均化方程可以导出系统的幅频响应特性。结合具体算例，将数值方法求解微分方程而得到幅频特性与本文平均法的结果进行了比较。     

附件驱动系统中自动张紧器的动态特性实测与建模分析

介绍了发动机前端附件驱动(Front End Accessory Drive,FEAD)系统中自动张紧器动态特性的实验测试方法和评价参数。测试和分析了预载扭矩、激振频率和激振振幅对张紧器动刚度和滞后角的影响。基于张紧器的预载扭矩、弹簧刚度、阻尼系数和张紧臂转动惯量四个参数,建立了表征张紧器扭矩-角位移关系的迟滞回线模型;采用最小二乘方法识别出张紧器迟滞回线模型的模型参数。对比张紧器动态特性的实测值和计算值,结果表明张紧器迟滞回线模型的建模方法是正确性。由张紧器扭矩-角位移关系曲线换算出张紧器的动刚度和等效粘性阻尼,建立了FEAD系统中张紧臂的旋转振动方程。FEAD系统旋转振动响应幅值的计算值和实验值吻合较好,这说明表征张紧器扭矩-角位移关系的迟滞回线模型,能为FEAD系统旋转振动的计算提供模型参考。     

轧机辊系垂直非线性参激振动特性分析

考虑了轧制界面间的非线性阻尼以及辊系间的非线性刚度,建立了四辊轧机辊系垂直非线性参激振动模型。采用多尺度法求解了系统在不同频率激励下的主共振、超谐波共振以及亚谐波共振的解析近似解,得到了系统的幅频特性方程。分析了该系统的稳定性,得到了阻尼与刚度对系统稳定性的影响关系。分析了非线性刚度、非线性阻尼等参数对系统振动的影响,得到非线性刚度的变化会引起激励幅值的跳跃,导致幅值的振荡。用数值仿真验证了分析结果的正确性。研究结果为抑制轧机辊系这类垂直颤振提供了一定理论指导。     

单根多楔带附件驱动系统中各带段横向振动固有频率计算方法的研究

将单根多楔带附件驱动系统中相邻两轮之间的带段简化成纵向运动梁,推导了纵向运动带(梁)横向振动固有频率的计算方程。以一典型的三轮(主动轮、从动轮和张紧轮)-带附件驱动系统为例,分别运用轮-(梁)带耦合模型(将带简化为梁)和单根纵向运动梁(带)模型,计算分析了附件驱动系统中各带段的横向振动频率。结果表明,当带的弯曲刚度较小和带速较低时,可以利用单根纵向运动梁(带)模型计算得到带的横向振动固有频率。该文的计算方法和结论,为单根多楔带附件驱动系统中带横向振动固有频率的计算分析提供了分析模型和计算方法。     

剪切流下钢悬链线立管涡激振动响应研究

给出线性轴向张力下顶端张紧式立管忽略弯曲刚度时的固有频率和模态振型解析解,与Shear7给出的结果进行比较。结果表明:在低于20阶模态数时,两种方法得到的固有频率能很好地符合;在高于20阶模态数时,随模态数的增加,两种方法得到的固有频率结果差距也逐渐变大,因此弯曲刚度不能忽略。由悬链线方程将钢悬链线立管等效为顶端张紧立管,通过研究顶端张紧式立管的涡激振动响应来研究钢悬链线立管的涡激振动响应。研究发现钢悬链线立管的静态位移与转化之后的等效立管均方根位移组成了类似于锯条的形状。     

基于振动控制的多楔带附件驱动系统优化

建立了考虑带弯曲刚度的多楔带附件驱动(Serpentine Belt Accessory Drive,SBAD)系统梁耦合振动模型。以某三带轮SBAD系统为对象,计算分析带拉伸刚度、弯曲刚度、带线密度对带段横向振动、带动张力和张紧臂摆角等振动性能的影响;以上述振动性能构建目标函数,以带拉伸刚度、张紧器弹簧刚度和张紧臂长为设计变量对SBAD系统进行优化;最后在以上优化结果的基础上,通过降低带弯曲刚度,进一步改进SBAD系统的振动特性。     

单根多楔带传动系统带横向振动的计算方法

以一典型的由驱动轮、从动轮、张紧器和多楔带组成的三轮-带传动系统为研究对象,建立了三轮-带传动系统轮-带耦合振动计算的数学模型。模型中,带简化为纵向运动伯努利-欧拉梁,各轮和张紧器简化为刚性旋转元件。应用边界值问题(BVP)求解技术计算了带横向位移的稳态解;带的横向振动位移为时间与空间的函数,为求解方便,应用迦辽金法将其离散为时间函数和空间函数之积,计算了各带的横向振动。实验测试了一三轮-带传动系统中带的横向振动和轮的旋转振动。论文对计算结果与实测结果进行了对比,结果表明,计算值与实测值吻合较好,从而验证了模型和论文计算方法。文中计算带横向振动的方法,对计算发动机前段附件驱动系统等复杂的多楔带传动系统动态特性具有参考价值。     

车用发动机曲轴自由端的振动测试分析

分析了某汽车发动机曲轴自由端的振动情况，求得了该曲轴自由端的固有频率和受迫振动时的最大挠度。通过振动测试分析了皮带轮不平衡度对曲轴自由端的影响，并进行了道路对比试验研究了皮带传动冲击的影响，得知皮带的冲击过大是导致曲轴自由端断裂的主要原因，在皮带轮和空调压缩机之间增加过渡轮可以有效缓解皮带的冲击，将冲击系数降低到了1．5以下。     

轮带系统横向振动变结构控制方法

针对由主从动轮、作动器及皮带构成的典型轮带系统模型,皮带横向振动与主、从动轮及作动器振动相耦合,其横向位移受主、从动轮及作动器影响,给出皮带在谐波激励下横向振动位移精确表达式,利用变结构理论,采用指数趋近律设计出有效控制力以控制张紧臂方向,从而抑制皮带横向振动。在初始条件和与激励作用下,利用Matlab进行数值仿真。结果表明：在谐波激励下,皮带横向振动位移得到有效抑制,验证控制力的有效性。     

具有单向离合器的多楔带附件驱动系统旋转振动建模及参数优化设计

建立有单向离合器装置的三轮-多楔带附件驱动系统的非线性旋转振动数学模型。用Gear数值算法求解从动轮与张紧臂的角度波动。计算结果表明,有单向离合器装置时从动轮与张紧臂的角度波动、各带段的动态张力、带-轮间的滑移率等系统动态特性均明显减小。计算、研究单向离合器弹簧刚度的大小、附件轴与从动轮转动惯量比的大小对系统动态特性的影响。以张紧臂角度波动、单向离合器弹簧扭矩、带-从动轮间的滑移率最小为优化目标,建立单向离合器弹簧刚度和附件轴转动惯量两参数优化设计数学模型。结果表明,优化后的系统参数,三轮-多楔带传动系统的动态特性均得到一定程度的改善。文中单向离合器装置三轮-多楔带传动系统的建模、动态特性求解及参数优化设计方法,为发动机前端附件驱动系统的旋转振动控制提供参考。     

J-integral analysis of cord-rubber serpentine belt using neural-network-based material modelling

A known factor that limits the performance of automotive front‐end accessory serpentine belt drive is cracking of the elastomer located in the rib tip. In this paper, fracture experiments were conducted using single‐edge notched tension (SENT) specimens to study the fracture behaviour of a belt rib compound. A finite‐element modelling method utilizing singular elements for crack in rubber solid was proposed and implemented in both plane‐stress and 3D solid models using ABAQUS. A newly developed neural‐network‐based model was used to represent a nonlinear elastic belt rib rubber compound. The crack finite‐element model, along with the neural‐network‐based material model, was verified with analytical and experimental results. A global–local finite‐element procedure was developed to evaluate the J‐integral for mode‐I through‐the‐thickness crack in V‐ribbed belt rib. Effects of pre‐crack length, pulley pre‐load and backside pulley displacement were investigated.     

汽车悬架系统的分段线性非线性振动机理的研究

以悬架的分段线性非线性动力系统出发,建立了汽车两个自由度系统的模型和非线性运动微分方程。用非线性理论KB法得到的幅频响应函数中,呈现了非常丰富的非线性特征,并讨论了非线性弹簧刚度、阻尼系数、地面不平度和缓冲簧间隙对共振曲线的影响。由理论和数值计算画出的幅频特性曲线基本吻合,可为汽车悬架系统的分段线性非线性振动的参数识别、稳定区域的分析研究和优化设计提供理论依据。     

谐变力作用功能梯度旋转圆板强非线性主共振

功能梯度材料作为一种新型材料,具有良好的力学性能,近年来被广泛关注和应用。该文针对金属-陶瓷功能梯度圆板,考虑周边夹支边界约束条件,选取多项式形式的振型函数,利用伽辽金法,推得旋转运动状态和热效应作用下系统的纵横耦合非线性振动方程,求得由旋转及密度差引起的静挠度项。用改进多尺度法求解方程,得到强非线性系统的频幅响应方程和解析解。通过算例,给出功能梯度圆板的幅频曲线、幅值-激励力曲线、幅值-温度曲线,分析了不同物理量对结构共振幅值的影响规律,并且比较了解析解和数值解,两者结果较为吻合。     

基础位移激励下包装系统的非线性振动分析

包装系统的振动特性是研究其共振频率和振动过程中所受动态载荷的基础.用三次多项式函数表征包装系统非线性弹性力,建立了基础位移激励下包装系统的非线性动力学方程,分别用谐波平衡法和直接数值积分法研究了其非线性动力响应特征,得出了频响函数和幅频曲线,并揭示了忽略包装系统弹性力的非线性会导致振动分析的显著误差.分析理论和方法为预测包装系统共振频率以及振动过程中受到的动态载荷提供技术基础.