预紧力对夹心式弯曲振动换能器振动特性的影响

由于理论计算的复杂,在夹心式弯曲振动换能器理论计算时通常不考虑螺栓预紧的影响,这样将导致理论设计出的换能器与实际换能器的振动特性存在偏差。以螺栓预紧的夹心式弯曲振动换能器的振动特性为研究对象,首先忽略螺栓作用计算得到换能器几何尺寸,然后利用有限元软件ABAQUS建立模型,考虑螺栓作用修正理论计算值,并对夹心式弯曲振动换能器在不同预紧力下进行模态仿真。分析夹心式弯曲振动换能器在施加不同螺栓预紧力状态下共振频率,节点位置,重点分析前后盖板以及压电陶瓷的相对应力分布,认为预紧力变化对频率影响较小,节点位置没有影响,但对换能器前后盖板以及陶瓷片应力集中影响较大。预紧力作用很大程度上影响夹心式弯曲振动换能器的阻抗值,通过阻抗分析仪测量不同预紧力情况阻抗值,发现阻抗值随预紧力的增大而减小。由此可根据换能器阻抗特性及应力集中情况得出夹心式弯曲振动换能器最佳预紧力的值。     

纵向压电式换能器模态分析及实验研究

超声换能器是超声加工乃至超声学的核心部件,在研究功率超声换能器基本理论的基础上,进行大功率纵向压电式复合换能器的研制,得出了适应超声加工的大功率纵向压电式换能器的合理结构形式和设计参数,确定了所用压电换能器结构参数及前后盖板振速比,并采用有限元法对换能器进行振动模态分析,确定换能器辐射端面的最佳振动模态及其纵向谐振频率,并通过实验研究加以验证.研究表明,换能器辐射端面振幅在谐振点处最大;当频率一定时,振幅随着功率的增大而增大,当频率离开谐振点频率越远,振幅逐渐减小.     

纵向振子激励源面积对圆盘振动特性的影响

纵振换能器与薄圆盘组成的复合系统在实际中有诸多应用。笔者利用有限元法,研究了不同激励面积的纵振换能器激励薄圆盘中心,该激励源频率与圆盘弯曲振动基频相等时,在产生的弯振模式中,激励源面积大小对该圆盘节圆位置的影响。结果表明:激励源面积保持不变时,频率越高的弯振模式,节圆半径越大;对同一纵振激励源面积,振动系统有多个振动模式,纵振激励源面积在一定大小范围内,该振动系统存在一个与纵振换能器频率相近的纵弯共振模式。在纵弯共振模式下,随着激励源面积的增大,节圆半径减小,最终消失,进一步计算发现该节圆的消失与激励源面积和圆盘面积的比值有关。实验与理论计算基本吻合。     

船用离心风机流动诱发振动噪声数值研究

针对进出口连接有长管道的离心风机系统,其外部辐射噪声主要是内部非定常流动诱发蜗壳振动产生的振动噪声。基于风机振动噪声问题,给出了一种考虑振声耦合作用的流场-结构-声场单向耦合数值计算方法,并通过振动试验验证了此单向耦合数值计算方法的有效性,随后基于声辐射贡献量分析(PACA)方法定量的给出了噪声源位置。研究表明:振动噪声的基频分量占据主导地位,蜗壳表面声压主要由蜗壳表面振动速度或是振动加速度决定。噪声源分析表明,蜗壳侧板出口靠近蜗舌区域、蜗壳前、后板距离蜗舌180°附近区域是蜗壳基频振动噪声辐射的主要振动噪声源。     

离心压缩机机壳在基频气动力激励下的振动噪声研究

研究了离心压缩机机壳在内部基频气动力激励下的振动辐射噪声。考虑机壳与轮盘、轮盖之间的间隙,采用SSTk-co湍流模型模拟了离心压缩机的整机三维非定常流场,得到蜗壳内表面的脉动压力,然后将脉动压力的基频部分加载到蜗壳上,模拟离心压缩机蜗壳在非定常气动力激励下的振动噪声。研究表明：机壳内壁面基频压力脉动主要分布在无叶扩压器靠近叶轮出口一侧;机壳主要基频振动噪声源位于蜗壳靠近出口管道一侧;该离心压缩机机壳基频振动位移幅值很小,最大振动位移仅为11．8×10^-9m,因此可以忽略机壳的基频振动对离心压缩机运行安全性的影响。     

复合盘压电超声换能器的径向振动频率方程

提出并研究一种复合盘压电超声换能器的径向振动特性.依据机电类比原理,建立复合系统的径向振动等效电路,并推导出其径向振动频率方程.数值计算表明,当换能器半径比一定时,对给定材料换能器径向共振频率与压电晶片直径的积为常数.此外,径向复合换能器不满足传统的"半波长"级联规律,必须进行整体设计.作为算例,给出常用材料钢、铝和钛与PZT-4复合压电超声换能器的径向共振频率常数与其半径比的拟合关系曲线.试验加工两个径向复合压电超声换能器,并测定其共振基频.结果表明,换能器谐振频率误差小于3%,能够满足工程应用需要.     

纵弯转换超声振动雾化系统的雾化特性研究

提出了一种由夹心式纵向振动换能器与弯曲振动圆盘构成的纵弯转换模式的超声振动雾化系统。弯曲振动圆盘的周边与变幅杆的端部相连接,并在变幅杆纵向振动的激励下产生弯曲振动。受圆盘弯曲振动的作用,液体在圆盘的端面上实现雾化。通过理论分析和实验对这一振动雾化系统的振动特性、辐射阻抗和声场进行了研究。结果表明:该系统比传统的纵向振动雾化系统具有更高的功率输出能力,并且可以使液体雾化后具有更强的指向性和作用能量。     

磁致伸缩换能器位移输出仿真实验分析

利用有限元分析软件ATILA对磁致伸缩换能器内四组边界条件下的T-D材料棒进行了线圈激励下的位移输出分析,得到了ΔE和阶跃效应及两者共同作用时对磁致伸缩换能器辐射板端面纵向振动位移输出的影响。发现了线圈激励频率位于T-D材料棒一阶纵向振动固有频率附近时对辐射板端面纵向振动幅值的放大作用。选择了一组T-D材料棒边界条件进行了实验验证,发现了由于T-D材料棒温度升高而使其输出性能降低的现象。为磁致伸缩换能器在期望频率范围内获得理想输出性能提供了较为准确的依据。     

多阶梯弯振圆盘的设计

由弯振辐射阶梯盘与纵振换能器组合而成的复合超声振动系统,因其兼具弯曲振动低声阻抗和纵振换能器高辐射效率的特点,在气介式功率超声领域有着很好的应用。阶梯圆盘的频率方程中包含特殊函数,且方程数目多,求解过程非常繁杂。以自由边界条件下的单阶梯、双阶梯弯振圆盘为例,提出在给定阶梯圆盘弯振频率﹑基底厚度以及材料参数的条件下利用数值计算方法,编程设计阶梯圆盘的方法。试验测试与理论计算相吻合。为多阶梯弯振圆盘的设计提供一种新的方法。     

航空发动机外部管路特性与系统动力学参数研究

根据航空发动机外部系统管路动力学设计原理,通过理论计算与实验测试相结合的方式对外部管路系统关键设计参数进行研究。经过实践研究发现,发动机外径、跨度和弯曲角度等结构都能够对导管振动特性产生影响,并且伴随外径系数增加,导管基本频率会提升,跨度增大后,基频会下降,弯曲程度增加,基频随之提升,弯曲半径等其他固有特性不会有较大影响,可以忽略不计。当导管注入介质后,各阶频率随介质密度增大,基频降低越明显,液体压力和速度不会有较大影响,忽略不计。     

Vibration sensitivity of the scanning near-field optical microscope with a tapered optical fiber probe

In this paper the Rayleigh-Ritz method was used to study the scanning near-field optical microscope (SNOM) with a tapered optical fiber probe's flexural and axial sensitivity to vibration. Not only the contact stiffness but also the geometric parameters of the probe can influence the flexural and axial sensitivity to vibration. According to the analysis, the lateral and axial contact stiffness had a significant effect on the sensitivity of vibration of the SNOM's probe, each mode had a different level of sensitivity and in the first mode the tapered optical fiber probe was the most acceptive to higher levels of flexural and axial vibration. Generally, when the contact stiffness was lower, the tapered probe was more sensitive to higher levels of both axial and flexural vibration than the uniform probe. However, the situation was reversed when the contact stiffness was larger. Furthermore, the effect that the probe's length and its tapered angle had on the SNOM's probe axial and flexural vibration were significant and these two conditions should be incorporated into the design of new SNOM probes.     

周期结构细直梁弯曲振动中的振动带隙

通过将声子晶体中的周期结构思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种二组元变截面周期结构细直梁。采用平面波展开法计算了无限周期条件下该细直梁弯曲振动中的弹性波能带结构。计算结果表明,在该细直梁中存在振动带隙。晶格尺寸、材料组分比、截面尺寸对振动带隙的影响也进行了讨论。采用有限元法计算了有限周期的细直梁的振动传输特性,计算得到的振动传输特性曲线上的频率衰减范围与平面波计算得到的带隙位置基本吻合。最后以有机玻璃及铝构成的细直梁为例,采用振动试验对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论计算及仿真结果基本吻合。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,周期结构细直梁中存在弯曲振动带隙为梁类结构的减振提供了一种新的思路。     

柔性机器人躲避振动的一种方法

对于柔性机器人而言 ,系统柔性所引起的振动使得机器人很难准确地跟踪预定的末端轨迹 ,因此如何有效地减小柔性机器人的振动是一个非常重要的研究课题。本文对柔性机器人躲避振动的方法进行了研究。首先分析了影响柔性机器人末端振动变形的因素 ,在此基础上得出了在结构参数和末端运动轨迹不变的情况下 ,通过适当调整关节运动参数可以使柔性机器人有效躲避振动的结论 ;然后研究了机器人末端运动参数与关节运动参数之间的关系 ,提出了通过规划机器人末端运动参数从而调整关节运动参数 ,以使机器人能够有效躲避和减小柔性振动的方法 ,并且给出了相应的算法 ;最后通过数值仿真验证了该方法的有效性     

细直梁弯曲振动中的局域共振带隙

通过将声子晶体中的局域共振思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种具有低频局域共振带隙的周期结构细直梁。采用传递矩阵法计算了周期边界条件下该细直梁弯曲振动中的弹性波能带结构,计算结果表明该结构中存在低频弯曲振动带隙。采用有限元法计算了有限周期该细直梁的振动传输特性。以有机玻璃、橡胶/铜块振子构成的该局域共振细直梁为例,采用振动试验方法对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论及仿真结果相吻合。结果表明,局域共振结构可大大降低带隙频率,并增大带隙衰减。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,局域共振结构的应用为其提供了一种新的思路。     

弯曲振动圆盘几何尺寸与振动特性关系的研究

对超声珩磨声学系统中弯曲振动圆盘的振动特性进行了试验研究，结果表明，振动圆盘振幅随厚度的减小而增大。并且当圆盘为薄圆盘(厚度半径比≤1/5)时，圆盘振动为弯曲振动，能够获得良好的振动效果，最大振幅可达20.5μm，存在增幅特性，同时可以看出波节圆数目和大小。当圆盘直径不变时，共振频率随圆盘厚度的减小而降低，圆盘在不同频率下被激发共振。所获得的相应最大振幅值，对弯曲振动圆盘的尺寸设计和应用具有一定的参考价值。     

柴油机缸盖结构有限元模态分析和模态测试

利用有限元分析软件ANSYS对造型十分复杂的某发动机缸盖结构建立了有限元模型,而后进行了自由模态分析计算,得到了该缸盖结构的低阶振动模态频率与模态振型.为验证模态分析模型的正确性,对该缸盖结构进行了模态试验测试,用锤击法对缸盖结构进行振动激励,利用测试软件获取缸盖结构的低阶振动模态频率与振型.通过有限元模态分析与模态测试结果的对比,验证了有限元模态分析模型与结果合理性,为该类型发动机缸盖结构设计与优化提供了参考依据.     

弯曲振动圆盘振动特性试验研究

对超声振动系统中弯曲振动圆盘的振动特性进行了试验研究,结果表明,减小圆盘厚度,谐振频率减小;减小圆盘直径,谐振频率增大。在振动系统设计中,将变幅杆与弯曲振动圆盘设计成一体,克服了原来由于螺纹连接所造成的缺陷。通过试验得知,弯曲振动圆盘是以弯曲振动为主,存在一定反射波的干扰,并且圆盘具有增幅特性,圆盘的最大振幅约为18μm。所获得的结论对振动系统结构设计以及在超声深孔珩磨中的应用有一定的参考价值。     

基于Hilbert-Huang变换和多元状态估计技术的内燃机气缸压力识别

提出了一种新的内燃机气缸压力识别方法。为了实现对内燃机运行状态的实时监测与故障诊断,通过缸盖振动信号反演内燃机气缸压力曲线是一种行之有效的重要手段;本文在对缸盖振动信号特性进行分析的基础上,应用Hilbert-Huang变换对缸盖振动信号进行模态分解,提取最能反映内燃机气缸压力变化特性的振动本征模态分量;使用多元状态估计技术(MSET)建立该振动本征模态分量的Hilbert谱与气缸压力信号之间的非线性非参数回归模型;利用所建立的模型从缸盖振动信号中重构出内燃机气缸压力曲线。试验结果表明,基于Hilbert-Huang变换和MSET的气缸压力识别方法简单有效,可满足对内燃机的实时监测需求。     

加工方钻杆专用机床的铣头设计与分析

以加工方钻杆专用机床的铣头为研究对象,设计并分析其机械结构是否满足加工工件的需要。具体介绍铣头设计过程及结构布置形式,同时对其铣头结构进行有限元分析,建立铣头结构三维模型。对其模态分析后,得出了其铣头箱体的前六阶固有频率和振型,与铣头切削时的振动频率进行比较。分析结果为评定方钻杆机床的动态特性提供了依据,并且为具有与其相似结构的铣头提供了理论基础。     

基于主振模态预测的带锯振动主动抑制系统

针对带锯条振动引起的材料损失、锯条寿命降低、锯材尺寸精度及加工面质量变差的状况,设计了一种基于主振模态预测的带锯条振动主动抑制装置。该装置实时采集带锯条横向、纵向及扭转方向上的多维度振动信号,并采用基于EMD筛分方法的主振型模态识别算法,来构建振动信号关于主振型模态的预测模型,最后基于实时采得的数据及其预测模型的输出量,通过PID控制方法控制电液阻尼减振器。实验结果表明,该装置对带锯条横向、纵向及扭转方向上的抑振效果分别可达80%、66%、75%。