局部磁场作用下磁流变弹性体夹层梁振动特性研究

设计和制备了中间层为含铁磁颗粒质量比为80%的磁流变弹性体材料,上下表面层为铝合金的磁流变弹性体夹层梁。在局部磁场作用下搭建了磁流变弹性体夹层梁悬臂状态下的振动响应特性测试实验台。实验结果表明,通过在夹层梁水平方向移动永久磁铁,即局部外加磁场由夹层梁的固定端向自由端移动时,其一阶振动频率有逐步减小的趋势。同时,通过沿夹层梁垂直方向移动永久磁铁改变磁场强度的大小,此时夹层梁的一阶振动频率在外加磁场强增大时也呈减小趋势。两组实验均表明在局部磁场控制下能有规律地改变磁流变弹性体夹层梁的一阶振动频率。根据这种变化规律有望设计出频率变化范围更宽的移频装置。     

两端固支梁振动能量收集器的结构设计及优化

为优化压电振动能量收集器的结构,设计了两端固支梁型压电振动能量收集器,建立两端固支梁结构的集中载荷力学模型,确定梁的变形情况,对比两端固支梁和悬臂梁结构的固有频率和最大应力,得出影响两端固支梁结构优化的因素(固有频率f_2增大,最大应力σ_2减小);通过绘制两种结构关于长度比L_p和质量比M_p的等应力和等频率曲线,确定同时满足减小f_2和增大σ_2的区域,并利用ANSYS仿真验证了所推导公式的正确性,实现了两端固支梁结构的优化。     

螺旋桨弹性对推进轴系纵向振动特性影响研究

针对当前研究中多数模型未考虑螺旋桨弹性的问题,建立梁-弹簧振子构成的简化螺旋桨模型,分析螺旋桨不同简化方式对轴系纵向振动计算结果的影响,并进一步研究螺旋桨伞状模态频率与轴系纵振模态频率的关系对轴系纵振的影响。结果表明:螺旋桨伞状模态在轴系纵向振动中有明显体现;螺旋桨一阶伞状模态主要影响轴系前两阶纵向振动频率处的振动峰值;螺旋桨二阶伞状模态主要影响轴系第二阶纵向振动频率处的振动峰值;螺旋桨二阶伞状模态频率与轴系反共振频率接近时,能有效降低推力轴承处的振动功率流。     

简支梁中裂纹参数的识别

结构中的裂纹对系统振动特性将产生一定的影响 ,一般来讲 ,裂纹参数与振动特性的改变之间很难有直接的函数关系 ,通过振动参数的改变来识别裂纹有一定的困难 ,本文经过计算证明 :对于受弯的两端简支梁 ,当裂纹较小时 ,梁的自振频率的变化率与裂纹参数之间存在明确的函数关系 ,利用这一函数关系 ,梁中的裂纹深度与裂纹位置可由自振频率的变化率计算得出。同时证明 :对于简支梁而言 ,单纯利用自振频率无法唯一地确定裂纹位置 ,只能唯一地确定裂纹的深度     

振动水翼低阶振型的阻尼特性试验研究

水力机械过流部件与环境流体相互作用产生的附加质量和阻尼效应,对其动力响应特性有显著影响。本研究重点测量了空气和水中振动水翼前四阶振型的阻尼特性参数。通过在水翼前缘嵌入一个压电片施加激励,采用激光测振仪和水翼尾缘的压电片同时获取振动响应信号并相互校准,构建了叶片式结构模态参数测试系统。将压电片信号作为基准信号,同步激光测振仪的多点响应信号,提出了一种单振型测量方法。重点分析了对数衰减法、希尔伯特变换法、共振放大法、半功率带宽法和圆圈拟合法五种常用的阻尼比识别方法。结果表明：五种阻尼比识别方法的精度和不确定度在同一量级,综合比较后认为,对于自由振动响应信号推荐采用对数衰减法,强迫振动响应信号则推荐采用半功率带宽法;空气和水中在同一振型条件下,水翼不同位置点的阻尼比基本保持不变,最大偏差为5.8%;相比空气环境,水中水翼各阶固有频率下降率在6.49%～26.73%之间,各阶模态对应的振型未见明显差异;水中振动水翼阻尼比变化趋势依赖于具体振型,其中,1阶弯曲、1阶扭转和1阶弯扭振型对应的阻尼比分别增大13.09%、8.61%和14.34%,但2阶弯曲振型对应的阻尼比则减小16.25%。     

钢连桥人致振动及TMD减振效应实测与分析

以某室外大跨轻柔钢结构人行桥为案例,介绍了该结构的设计概况及调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)减振设计,分别在结构施工完成后以及TMD装置安装后对其进行了实地动力测试,测得了该结构减振前后的模态特性以及在多种人行荷载工况下的振动响应,采用加速度峰值和均方根值为评价指标,分析了钢连桥人致振动情况及特性。结果表明:一端设计为滑动连接的钢连桥人致振动主要由第1阶竖向振型控制,扭动及水平振动响应相对较小;安装经优化设计的TMD装置后,整体连桥的频率特性没有明显变化,分布式TMD对多种频率激励工况均有良好的调谐减振作用,减振率达到35%~70%;共振激励下测得的原结构阻尼比较小,安装TMD后结构的阻尼比提高4倍,并且呈现出在自由振动衰减的前期较大,随着振动幅度变弱阻尼比降低;测试中发现TMD装置的减振效率对其阻尼比的变化不敏感。     

波形钢腹板PC简支箱梁桥的扭转振动频率分析

为精确计算波形钢腹板预应力混凝土(prestressed concrete,简称PC)简支箱梁桥的扭转振动频率,在考虑箱梁自由扭转扭矩与约束扭转扭矩的基础上,运用D′Alembert原理推导了波形钢腹板PC箱梁桥的扭转振动频率方程,给出了与该桥型扭转振动频率求解相关的极惯性矩、扭转常数及扇形惯性矩的计算方法,并根据简支梁的边界条件求得了该桥型扭转振动频率的计算公式。制作了波形钢腹板PC简支试验梁,对其进行了动力特性测试获得自振频率和振型,在建立试验梁的ANSYS有限元模型时提出波形钢腹板与混凝土翼板实现刚性连接的方法,结合试验梁的实测值和有限元计算值验证了波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率计算公式的正确性。分析了自由扭转扭矩和约束扭转扭矩单独作用时对波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率的影响,研究表明,约束扭转扭矩对其扭转振动频率的影响较大,而自由扭转扭矩对其扭转振动频率的影响很小。     

超声纵-扭复合空心变幅杆的振动特性分析

超声纵-扭复合振动加工具有加工效率高、切削力及切削热量较低、可降低刀具磨损等优势,而纵-扭复合空心变幅杆可提供较好的冷却和排屑效果。利用四端网络法设计了圆锥过渡空心复合变幅杆,在其锥面开设螺旋沟槽作为"模态转换器",从而在变幅杆末端成功输出纵-扭复合振动。通过有限元仿真探究了螺旋沟槽数目n、螺旋沟槽角度θ及沟槽槽宽w对谐振频率f的影响规律及敏感度,结合中心孔直径d对变幅杆节点位置、谐振频率f、放大倍数m、扭纵分量比i等的影响规律,针对开设沟槽后频率偏移问题,提出一种谐振频率修正方法,并设计试验进行了验证。     

高速列车铝合金型材高筋立铣加工表面应力实验

针对高速列车铝合金型材立筋铣削加工过程的加工变形和颤振问题,搭建了型材应力测试实验平台,研究了铣削深度、压肩跨距、铣削方向对立筋根部应力状态的影响规律。实验结果表明:铣削深度的减少并不能一定程度地减小型材的应力波动,较高的残余立筋在铣削过程中反而会使型材的切入和切出端产生较大的应力波动。型材压肩跨距的减小反而会使刀具的转动频率与型材的固有频率相耦合,引起整个加工过程的应力波动幅值增大和振动平稳度不均的现象。     

不同支承条件下梁结构弯曲振动的固有特性

根据梁模型端部的四种不同支承条件,将梁模型区分为一般支承梁、弹性支承梁、约束简支梁和约束悬臂梁四种,分别由各自的边界条件和梁弯曲振动模态函数的一般表达式推导出了这四种不同支承条件下梁模型弯曲振动的模态函数及其频率方程,计算得到了四种支承条件下梁模型的前两阶振动模态,具体分析了支承刚度对其特征值的影响.根据该方法,可以得出任意约束刚度下梁弯曲振动的任一模态及其特征值,其结果可以直接用于工程设计与分析.对于各种支承条件下的弹性约束刚度,根据梁的实际支承情况合理选取.     

高耸结构低频振动控制装置及其运动微分方程与减振效果研究

针对高耸结构尺寸特点及振动特性,文中介绍了一种低频摆式振动控制装置。该装置可实现超低频控制,具有摩擦阻力小,反应灵敏,吸振能力强的特点。文中首先根据拉格朗日方程建立该装置的近似运动微分方程,然后在Workbench软件中对该装置的自由衰减振动进行仿真。结果表明:微分方程频率特征项与仿真数据吻合很好,阻尼项比仿真结果大25.4%。最后,文中使用预应力谐振响应分析方法,确定了该装置最优调谐频率与最优阻尼比,并指出该装置(质量460 kg)能减小风电机组1阶弯曲振动(模态质量130 t)46.4%的共振振幅,相当于能提供1.72%的模态阻尼比。     

含有末端质量的竖直梁压电俘能器参数共振及其特性研究

为了改善参数共振压电俘能器的俘能特性,提出在竖直梁的自由端固结一个质量块.利用拉格朗日方程和高斯定律建立了系统的机电耦合方程,并进行了数值仿真.仿真结果表明,梁从竖直的单稳态系统转变为屈曲的双稳态系统的临界末端质量Mc为0.0509 kg.当梁的阻尼比为0.05,末端质量从0增加到Mc时,参数共振激励阈值从47.5 m/s2减小到趋向于0;当M大于Mc时,对于任何阻尼比的梁,激励阈值都为零,并且当外激励的幅值和频率使得梁处于两稳态势阱间的大幅周期运动时,俘能器才可以产生出较高的输出功率.     

圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现

为解决纵-扭复合振动超声加工中复合振动的实现难题,对单激励纵-扭复合振动圆锥形复合变幅杆展开研究。基于变截面杆一维纵向振动和扭转振动理论,推导出圆锥形复合变幅杆纵向振动和扭转振动的频率方程,并确定其振动特性参数。阐释了单激励下圆锥形复合变幅杆纵-扭复合振动的实现机理,并通过应用实例给予验证。理论计算、数值分析与测试结果表明,选择合适的几何结构参数,圆锥形复合变幅杆可以实现纵-扭复合振动。     

流体压力对液压管路流固耦合振动特性的影响研究

针对流体动力传输系统高压大流量化发展趋势下的管路系统流固耦合振动问题,建立了考虑摩擦效应的管路流固耦合振动14-方程传递矩阵模型,分别对两端固支液压直管和某型飞机翼尖弯曲管路的流固耦合振动特性进行了研究。提出了考虑摩擦项时流固耦合14-方程传递矩阵模型精确数值解法,分析了流体压力对管路流固耦合动力学行为的影响,搭建了液压管路流固耦合振动实验台,在不同压力下测试了管路的轴向速度响应,其结果与数值分析间的误差小于10%,验证了数值求解方法的正确性。研究结果表明:压力对管路振动特性影响较小,有利于叠加载荷作用下复杂液压管路流固耦合动力学行为的研究。     

不同端板条件下的圆柱涡激振动试验

以涡激振动海流能利用为工程背景,在流速范围为0~0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究,分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律,提出了适用于能量利用的端板形状与合理尺寸。研究结果表明:5种端板中最有利于能量利用的为矩形端板,最不利的为无端板;矩形端板圆柱的振幅和频率为无端板圆柱的1.38倍与1.25倍;利于增强振动的矩形端板顺水流方向长度应控制在1.5~2倍圆柱直径范围内。     

活塞式磁性液体减振器的阻尼分析和实验研究

根据磁性液体的磁粘特性,当磁性液体周围施加垂直于其涡旋矢量方向的磁场时,磁性液体的粘度增加,利用磁性液体作为减振器的阻尼液,通过改变磁场可以调节振动系统的阻尼比,从而达到减振的目的。根据这一特性,提出一种活塞式磁性液体减振器。根据磁性液体的流动方程和连续性方程,建立了减振器中磁性液体的动力学模型,并得到减振器阻尼力与振动速度之间的表达式以及减振系统的阻尼比。设计实验,将磁性液体减振器安装在悬臂梁自由端,利用线圈对减振器施加均匀磁场,研究不同线圈电流时磁性液体减振器对梁振动阻尼比的影响。实验表明,在所假设的条件下,实验结果与理论结果的一致性较好。同时得出,在一定范围内,活塞式磁性液体减振器的阻尼效果随着线圈电流的增大而增大。     

梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计非线性振动特性

硅微谐振式加速度计的非线性振动可以导致振动幅度噪声耦合到频率输出进而恶化器件的噪声性能,因此有必要对谐振式加速度计的非线性振动特性进行评估及优化,拓展线性振动范围。本文针对所设计的基于梳齿结构与振动梁复合的硅微谐振式加速度计进行了仿真与实验分析。首先对加速度计结构使用COMSOL仿真软件进行了非线性仿真分析,该方法通过在谐振梁的振动方向上施加一个静力,得到力与位移之间的关系,计算出非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值约为2.13×10^10 m^-2。然后,对双端固支音叉(DETF)进行扫频测试,得出DETF的非线性振动频响曲线。根据Duffing方程对实验数据进行拟合,得出器件两个DETF的非线性三次项系数k3,eff和线性系数keff的比值分别为2.24×10^10 m^-2和2.19×10^10 m^-2。仿真值与测试值的误差分别为5.2%和2.8%。实验结果与仿真值吻合得较好,印证了仿真方法的有效性和测试数据的可靠性。最后,对所设计的谐振加速度计进行非线性分析,当振幅小于35.4 nm时,DETF工作在线性区,可为后续谐振式加计的控制电路设计提供参考。     

基于液固耦合振动模态的燃滤振动特性分析

忽略燃油低速流动,用流固耦合算法对燃滤和油液一起进行液固耦合建模,液固耦合振动模态计算与试验结果一致。研究发现油液使燃滤总成一阶频率下降50Hz,各阶振型频率明显下降。燃油压力越大振动频率越低,温度升高一阶振动频率增大。优化燃滤结构可增大振动频率,其影响比油液温度和压力变化影响大。优化结构后,提高一阶频率模态频率提高到62Hz,在比利时路谱激励下振动峰值降低5.5m/s~2,使燃虑无泄漏及者破损。     

磁流变阻尼器控制齿轮箱轴系振动研究

针对齿轮传动的振动噪声问题,搭建齿轮转动轴系实验台,并将一种剪切式磁流变阻尼器引入齿轮平行轴系,研究磁流变阻尼器对齿轮传动轴系振动的控制规律。采用加速度传感器,从齿轮箱体振动的角度研究磁流变阻尼器对齿轮传动轴系振动的影响,发现磁流变阻尼器可以抑制有效箱体振动,且降幅随阻尼器工作电流增加而升高,竖直方向降幅可达30%,水平方向降幅可达40%;通过分析其时、频域波形可以发现,磁流变阻尼器可以降低0~4 000 Hz各频率成分振动,尤其是降低1 000Hz以下振动成分幅值60%左右,降低3 000Hz左右振动成分幅值80%左右。应用磁流变阻尼器可以通过监测齿轮箱体振动情况,适时改变阻尼器电流来适应齿轮箱不同工况,保证箱体及传动轴振动保持在较低水平。     

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。