基于滚压的悬架振动俘能装置设计与特性分析

振动能量俘获装置能够回收路面不平引起的汽车悬架振动能量,为主动悬架提供动力,可有效降低主动悬架的能耗和使用成本。基于滚压原理,提出一种用于电动汽车自供能智能悬架的滚动压迫振动能量俘获装置概念设计。该装置通过滚珠滚压凸起金属片的方式将上下的随机振动转换为幅值相对稳定的单向压力,使其中的压电材料受压变形,从而输出电压。笔者建立了滚动压迫俘获振动能量的理论模型,并对其在随机路况下的振动俘能效果进行了仿真分析。结果显示,该俘能装置占用空间小,在悬架的各种运动状态下,都能俘获振动能量,具有较高的俘能效率,能满足悬架实际应用。     

高速车铣加工三维颤振的稳定性分析与试验研究

针对立铣刀高速车铣加工,基于其切削原理采用解析法建立三维颤振稳定域的理论模型。在立铣刀四轴车铣加工模态试验基础上,仿真分析了颤振稳定域叶瓣图,结果表明立铣刀高速车铣加工产生颤振的条件与铣刀几何形状、工件材料、铣刀转速、切削深度和机床结构的频率响应函数等密切相关。在进行车铣切削颤振稳定域试验时,其切削力频谱分析的结果表明:当刀齿切入频率起主导作用时,切削过程是无颤振和稳定的;当系统模态频率起主导作用时,将产生颤振并测得切削力和表面粗糙度值都大于或高于无颤振情况。因此该理论模型及仿真结果对立铣刀车铣加工零件的加工效率和加工精度可提供相应的理论指导。     

大型风力机塔架固有频率分析

以2 MW水平轴风力发电机组为研究对象,基于有限元分析对风机整体结构进行数值仿真。主要研究地基土刚度、塔顶质量、混凝土基础、塔筒门洞、塔筒休息平台对风机整体结构固有频率的影响规律。仿真结果显示:风机整体结构固有频率随塔顶质量的增大而呈现减小趋势,风机叶片、轮毂和机舱设计可适当选择轻质量的材料;整体结构固有频率随地基土刚度的增加而快速增加,但增加到一定数值时这种趋势逐渐减小;塔筒底部简化为刚性约束将导致分析结果误差较大。     

抗冲击车路能量收集减速带设计与自供能交通管控

车辆滚压道路会产生大量机械能,将这些能量收集为交通环境中小型机电系统供电,实现自供能交通状况监测和交通管控等,使交通系统更加安全、有序、高效地运行;并且绿色环保,有益于我国“双碳”目标的实现。提出一种用于单向车道的抗冲击车路能量收集减速带(Anti-impact vehicle-road energy harvesting bump,AVEHB)。通过“顺势运动”吸纳车辆滚压能量,可以减少对器件和路基的冲击损伤,使更多滚压激励用于做功。抗冲击对比试验验证了该设计的优点。基于AVEHB工作原理,建立机电耦合动力学模型并进行试验验证。试验结果还显示,在车速50 km/h时,AVEHB最大输出电压和功率分别为146.7 V和143.47 W。探索了自供能车速监测及行人主动安全警示等应用,验证了AVEHB具有为交通环境中机电系统供电的潜力。根据供电需求合理设置AVEHB阵列,可以为智慧交通系统提供便捷、可持续、绿色环保的零碳电力。     

横向可压缩电流变夹层梁的振动特性

讨论了电流变夹层梁在考虑电流变材料层横向可压缩时的动力学特性。在建模过程中将电流变材料视为可压缩的粘弹性材料, 假设电流变材料层的横向位移随厚度变化。基于一阶剪切变形理论和能量方法建立了电流变夹层梁的挤压-剪切动力学模型, 并采用有限元方法进行了离散求解。通过对悬臂梁的仿真和实验分析得出:在电流变夹层梁的振动过程中, 上、下约束层的横向位移并不完全相等, 在低频阶段相差不大, 但在高频阶段较为明显; 加大外加电场的强度, 可以减小横向位移的差值; 而电流变层厚度的增加, 将使横向位移的差值加大。      

风力机叶片气热除冰系统研究

针对风力机叶片结冰问题,提出了一种基于气热法原理设计的叶片除冰系统。首先对气热除冰系统进行设计,并借助地面试验来分析气热加热系统的可行性,然后通过对已装机运行的风电机组进行现场改造的方式来对气热除冰系统的可靠性进行分析。试验结果表明所设计的气热除冰系统方案可行,对环境温度为-10~0℃范围的叶片除冰效果显著,试验运行稳固可靠无异常。     

风切变和塔影效应对风力机输出功率的影响

以NREL 5 MW风机为例,基于叶素动量理论(Blade Element Momentum,BEM)研究风切变和塔影效应对风力机输出功率的影响。用三阶Taylor展开描述指数型风切变模型;针对现代大型风力机的锥状塔架结构,对塔影效应模型进行适当修正。计算不同来流风速下的输出功率,并从功率波动和周期内平均输出功率两方面研究风切变和塔影效应的影响。结果显示,风切变和塔应效应都是周期性功率波动和周期内平均功率下降(功率损失)的来源。其中塔影效应是功率波动的主要原因,而风切变是功率损失的主要原因。功率损失由风场损失和风轮损失构成,其中风场损失是一个与风轮结构参数及风速轮廓系数相关的常数,而风轮损失与风力机控制策略密切相关,在变桨距控制阶段,风轮损失随风速的增加而增加。     

电流变液用于旋转运动柔性梁振动控制的实验研究

建立了用于旋转运动电流变夹层梁振动响应测试的实验系统.对电流变夹层梁在不同电场强度与旋转速度下的振动响应特性进行了实验研究.实验结果显示,旋转运动电流变夹层梁在外加电场的作用下,能快速抑制梁的残余振动,缩短振动衰减时间.表明在外加电场的控制下,电流变材料能有效抑制旋转运动柔性梁的振动.     

曲面驰振风能采集器动力学设计与性能研究

为了提高驰振压电风能采集器的性能,提出具有气动性能改进可能性的曲面阻流体设计,并进一步通过翼翅和附加端盖改进曲面阻流体的气动性能。通过 FLUENT 仿真和实验研究揭示了翼翅和附加端盖对曲面阻流体气动性能的影响规律。仿真与实验结果表明,翼翅和附加端盖曲面能够显著提高驰振压电风能采集器的气动与俘能性能,有效拓宽了其工作风速范围。     

电流变弹性体夹层结构梁的动力学仿真研究

对电流变弹性体夹层悬臂梁在不同电场控制下的振动响应特性和可控性进行研究。将电流变弹性体等效为一种具有电控力学性能的粘弹性阻尼材料,基于Hamilton原理建立了三层电流变弹性体夹层梁的有限元动力学方程,仿真分析了其在不同外加电场控制下的振动特性。分析结果显示,随着外加电场强度的增加,电流变弹性体夹层梁的固有频率不断增大,振动幅值却不断减小。表明电流变弹性体夹层梁具有与电流变液夹层梁相似的可控振动响应特性,能在外加电场作用下实现对结构振动的实时控制。