基于声辐射模态有源控制的误差传感器设计方法

为了获取有源结构声学控制系统中的误差信息,提出一种基于声辐射模态的误差传感策略来测量振动结构前几阶声辐射模态伴随系数.在低频时,控制前几阶声辐射模态伴随系数可以有效控制总声功率.通过在振动平板上测量少数点的振动速度分布,求解声辐射模态展开构成的欠定方程组,得到前N阶声辐射模态伴随系数近似值,以此近似值作为基于声辐射模态有源控制策略对应的误差传感器信号.以四边位移为零的振动板为例,对上述误差传感策略进行分析讨论.仿真和试验结果都表明误差传感策略是可行的,所获得的前N阶声辐射模态伴随系数具有较高的精度.     

基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性,通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值,并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合,从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。     

瑞利型声板波的液体传感研究

以瑞利型声板波为例,在有限元软件COMSOL中建立了声板波二维模型,仿真分析了声板波在自由空间中和负载液体时的特征频率。仿真研究表明：无论基片背面为自由边界还是金属边界,负载液体时都会导致声板波A0和S0模态特征频率发生变化,从而可用于液体的特征参数检测;由于S0模态负载液体时会产生一定的衰减,因此声板波的A0模态比S0模态更适于液体传感。实际制作了两组声板波器件,采用网络分析仪测量了器件的幅频特性,实验结果与数值仿真结果基本一致,证明了理论模型的正确性和数值仿真的有效性。     

基于声辐射模态的振动体积速度测量

在低频时,控制振动结构体积速度可以有效控制总声功率.体积速度与第一阶声辐射模态伴随系数近似成正比.通过在振动平板上测量少数点振动速度分布,求解得振动结构第一阶声辐射模态伴随系数近似值,从而获得体积速度,这就形成了一种基于声辐射模态的速度误差传感策略.增加测量点数,并不影响控制器的输入,控制系统实时性能够得到保证,重要的是这种误差传感策略适用任意边界条件的振动结构.以工程常见的四边位移为0的振动板为例,数值计算和实验结果分析表明,利用这种误差传感策略获取体积速度是可行的.     

有效独立法在敞车侧墙模态中的应用研究

为了更精确地获取有限元模态仿真结果,研究中通常会对工程装备进行试验模态识别,而试验时传感器如何布设是关键一步.首先以某型敞车作为研究对象,根据有无质量点代替车门建立两种有限元模型,并在ANSYS中通过Lanczos法完成模态仿真计算;然后基于有效独立法获取传感器布设的位置,采用西门子多功能数据采集系统、通过PolyMAX模态参数识别法完成了试验模态测试,并将试验测试结果与仿真计算结果进行对比.结果表明两种模型的误差均符合工程要求,且设置质量点时吻合度表现更好,说明利用有效独立法获取模态试验时传感器布设方案是一种较为可行的方法.     

气体管道泄漏模态声发射时频定位方法

针对声发射信号频散特性导致基于时延估计的气体管道泄漏定位误差大的问题,提出一种基于模态声发射时频分析的泄漏定位方法。该方法采用平滑伪Wigner-Ville时频分布对两泄漏信号的互相关函数进行时频分析,利用互相关函数的时频谱可同时提取泄漏信号的时间延迟和与之对应的频率;然后根据泄漏声发射信号的主导模态的频散曲线即可确定该频率对应的声速,利用实时确定的声速和时间延迟并根据两传感器之间的距离即可确定泄漏点的位置。实验结果表明,采用时频分析的气体管道泄漏定位误差与互相关相比减少了6倍。所提出的模态声发射时频定位方法能有效抑制泄漏信号的频散,提高泄漏信号的相关性,从而更适合用于声发射管道泄漏定位。     

高速列车铝型材模态参数识别及阻尼影响分析

为准确辨识像波纹状铝型材板这样的"空腔铝型板"结构模态,利用力锤敲击方法,获取激励点与响应点之间的频率响应函数并进行模态参数识别。模态参数识别过程中,首先获取了复模态指示函数法、稳态图法两种方法的识别结果,结合声振试验探讨识别结果中声腔模态对结构模态的影响,利用模态判定准则(MAC)验证模态重根;进而根据仿真频率和振型,对比两种模态参数识别结果的准确性;最后,基于仿真验证后的模态参数识别方法,探究阻尼材料对于铝型材模态密度和模态阻尼比的影响。结论表明:对波纹状铝型材板而言,复模态指示函数法结合声振试验分析可获取其真实模态;喷涂4 mm123WF阻尼材料后,模态阻尼比在整个频段内大大提高,模态密度在500 Hz、1 250 Hz和1 600 Hz频段内显著降低;结合我国高速列车车体板件振动实测频谱,建议车体顶板、边顶板、侧墙中部和侧板使用4 mm此类型阻尼材料。     

杆件轴力的一种识别方法

针对杆系结构中的轴力杆或索缆结构中的短索,提出了一种解析方法识别边界不确定杆件的绝对轴力,重点探讨了杆件抗弯刚度的影响.基于振动测试提取杆件的固有频率、位移模态或应变模态,以此构建特征方程进而识别其绝对轴力.数值算例分析表明,本方法在采用不同阶次的模态参数以及不同的杆件边界条件下都可取得相对误差3％以下的高精度识别结果,且在不测量杆件两端节点的有效长度、仅已知传感器之间的相对位置时即可实施.试验证实,基于加速度测量得到的前5阶模态参数都可基本准确地识别不同加载工况下杆件的绝对轴力,除小荷载外的多数工况都取得了相对误差10％以下的良好识别效果.     

非浸入式超声导波液位测量方法研究

从Navier运动方程出发,求解了自由平板和覆水平板中导波的特征方程,并绘制了其频散曲线。自由平板和覆水平板频散特性对比分析后,发现了覆水平板中导波模态较自由平板多了一种Quasi-Scholte模态导波。通过数值计算、有限元模拟和实验研究,分别对自由平板和覆水平板中导波的传播特性和模态进行验证。在低频区,A_0模态导波存在于自由平板中,而Quasi-Scholte模态导波只存在于覆水平板中。利用Quasi-Scholte模态和A_0模态导波的传播特性设计液位测量实验,采用一激一收压电传感器布置方式,频率130 k Hz的2.5周期汉宁窗调制正弦波作为检测信号,结果表明,液位与导波传播时间呈线性关系,能够用于容器内液位测量。     

机械密封端面接触状态的声发射监测方法

针对机械密封运行过程中反映密封端面接触状态的工作参数(端面开启时间、膜厚等)测量困难的问题,提出基于声发射信号的机械密封端面接触状态监测方法。根据密封端面产生的声发射信号具有时变非线性且突发性强的特点,采用经验模态分解(EMD)法对原始信号进行分离提取。EMD法能够将信号分解为不同时间尺度和不同频带的一系列固有模态函数,然后根据能量分布特征对伪分量进行剔除,得到"近源"声发射信号,抽取其信号特征运用Laplace小波相关系数法实现对密封端面接触状态的准确识别。通过机械密封测试试验证明,声发射监测技术能准确地识别机械密封装置动静环之间的接触状态和摩擦形式,能够在工业现场推广使用。     

基于SolidWorks与ANSYS渐开线齿轮的模态分析

首先使用SolidWorks对渐开线齿轮进行三维实体建模,然后通过SolidWorks与ANSYS的接口导入ANSYS中,利用ANSYS软件对卤轮进行模态分析,计算出齿轮的低阶固有振动频率和主振型,为齿轮系统的动态设计提供参考,同时也为齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。     

压电阵列式模态传感器的实验研究

以简支梁为例,用一组压电PVDF阵列式传感器测量结构的模态坐标,在简支梁表面均匀粘贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜,然后通过设计这组PVDF传感器输出的加权系数,得到各阶模态坐标.研究表明,这种传感器设计方法与简支梁的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关.实验结果表明,这种模态传感器的设计是可行的.     

支撑条件对钢轨模态参数影响研究

钢轨的振动形态直接影响着铁路轮轨的接触状态,不同的支撑条件对钢轨的振动有着较大的影响.本文应用模态分析和有限元理论研究了钢轨不同支撑条件对钢轨固有频率和振型的影响.应用环境激励下模态参数识别方法对钢轨在不同支撑条件下的模态参数进行了识别.针对四种支撑方式,分别得到了模态参数,通过理论和试验分析表明,不同的支撑方式对轨道模态参数有较大影响.这一结论为合理铺设轨道提供依据.     

基于模态应变能的海洋平台损伤定位试验研究

针对海洋平台等大型复杂土木工程结构，研究了基于振动响应测试的结构损伤诊断方法。采用特征系统实现算法，仅利用输出响应进行模态参数识别，基于模态应变能的变化来进行损伤定位。为了验证该方法的有效性，制造了钢质导管架式海洋平台模型，进行了振动台试验。模型预先在某些典型构件处设置了法兰连接件用来模拟损伤，针对斜撑构件测试了多种单损伤和两损伤工况。针对各种损伤工况进行了模态识别和损伤检测，试验结果表明，基于输出响应的模态应变能法进行斜撑损伤定位是可行的。     

基于有限元法的副车架模态分析的实例研究

运用CATIA软件建立副车架三维实体模型,通过ABAQUS分析软件建立其有限元模型。对有限元模型进行自由模态及约束模态的模拟分析,得到副车架的固有频率和相应振型。然后对副车架进行模态试验,通过比较试验结果与计算结果,验证有限元模型的正确性,为后续的结构优化提供参考。     

基于ANSYS的柴油机缸体模态分析

针对新设计的某型染油机缸体,用CAD建立缸体的三维有限元模型,采用大型有限元软件ANSYS,对缸体进行了模态分析,得到了缸体的固有频率和振型,为今后进行缸体动力响应计算奠定了基础.     

基于试验模态分析的某型号动车组齿轮箱有限元模态分析研究

针对动车组齿轮箱未达到强度破坏极限就已损坏的问题,对动车组的驱动部件也是关键部件的齿轮箱进行有限元模态分析及试验模态分析,提出基于试验模态分析方法上的有限元模态分析,建立了试验模态分析方法的理论模型,并利用齿轮箱的试验模态分析结果来验证齿轮箱有限元模态分析结果的可靠性。研究结果表明,试验模态分析方法与有限元模态分析方法得出的结果非常相近,印证了有限元模态分析方法的可靠性,为掌握该型号齿轮箱的动态特性及优化该型号齿轮箱提供了理论及实验依据。     

整体式挤压油膜阻尼器对管道振动抑制试验

Z型折叠机翼在大气中飞行时会呈现不同的形态，其结构动力学特性变化明显，对其模态特性的分析是研究其结构特性的重要研究方法。首先，简要介绍模态分析技术以及PolyMAX法识别模态参数的基本原理；其次，结合试验模态分析和工作模态分析方法，对设计加工的Z型折叠翼模型在不同折叠形态下进行了模态实验；最后，对获得Z型折叠机翼实验模型的前5阶模态参数。结果表明，Z型折叠板在不同折叠角度下，各阶模态振动差异很大，其中折叠角度为90°时，结构更加稳定。     

汽轮发电机定子机座振动模态分析与试验研究

针对某型号3MW余热汽轮发电机组的定子共振问题,基于NX平台完成了定子机座的固有频率和相应各阶模态振型的数值计算研究,并通过锤击激振法对样机定子机座进行模态测试;数值计算结果与试验数据的对比分析表明：试验结果与理论分析值吻合程度良好,验证了该样机模型的有效性和有限元模态分析结果的可靠性。     

混凝土搅拌运输车副车架结构模态分析

车架结构模态是影响车辆结构动态特性的主要因素,采用有限元方法是获得车架结构模态的简便有效的方法。应用HyperMesh有限元分析软件计算某后卸料混凝土搅拌运输车副车架结构模态,同时进行车架结构模态实验,验证有限元模态计算结果的正确性。结果表明,有限元模态计算得到的副车架前8阶模态频率与实验测得的副车架前8阶模态频率最大相对误差为8．66％,所建立的后卸料混凝土搅拌运输车副车架结构有限元模型,可为今后副车架结构动态特性的改进提供有效的分析模型。