气动升力下磁浮车辆非线性响应研究

磁浮列车在高速运行时受到的气动升力包含定常分量和非定常波动量,而非定常气动升力在某种程度上可以视为周期扰动.建立考虑非线性电磁力的磁浮系统二级悬挂的模型,推导了控制方程.利用增量谐波平衡法求解非线性方程,对考虑定常气动升力和周期性非定常气动升力条件下的磁浮系统非线性响应特性进行分析.开展了线性和非线性模型对比、控制增益参数和气动力系数影响规律分析.结果 表明,采用PD控制器时,周期扰动的气动力会使得车辆振动中心发生偏移,反馈控制参数对振动偏移具有较大影响.     

船用离心风机内部流动诱发蜗壳振动的数值研究

针对船用离心风机内部非定常流动诱发蜗壳结构振动响应,发展了一种数值计算方法,该方法首先通过风机内部非定常流场计算获得振动激励源,其次采用流固弱耦合算法实现节点的插值和载荷加载,最后基于有限元的模态叠加法得到蜗壳结构动力响应。流场压力脉动和振动计算结果和实验测试结果分别做了对比,结果吻合较好,表明本文的方法能较准确地模拟叶轮机械内部流动诱发外部壳体的振动响应。从流场和振动响应两个方面阐述了流动诱发振动的机理:基频的非定常气动力是流固耦合振动的主要激励源,基频分量在振动的频率响应函数中占据主导地位,蜗壳的最大振动响应是基频下的非定常气动力和基频振动模态共同作用的结果。     

带集中质量共线杆系的动态响应分析

带集中质量弹性杆的纵向振动在工程应用中是广泛存在而有待于深入研究的现象。考虑动力扰动是谐和的情况。首先写出问题的定解方程组,然后利用假设的带有未知系数的谐和解、问题的边界条件及集中质量处的动力学条件得到确定未知系数的线性代数方程组并求解,得到了问题的解析解。算例以三根杆、两个集中质量为例研究了杆件的振动位移幅度和动态应力幅度在不同频率扰动下沿杆轴方向的分布曲线,结论可为此类结构的动态强度校核和设计提供理论依据。     

基于混合子结构法的输电导线风雨激振气动特性

为了探究输电导线风雨激振的诱发机理,基于混合子结构方法对输电导线风雨激振非定常气动力进行了针对性的研究。首先,分别构建结构子结构(输电导线和上雨线)和流体动力计算(computational fluid dynamics,简称CFD)数值流场子结构;其次,利用自制的风洞模拟实验台及相关测试系统,获取结构子结构的振动响应(频率,振幅);最后,将测得振动响应作为CFD数值模拟的边界条件,计算绕流场特性并获取气动力特性参数,将计算得到的气动力施加到输电导线上,得到输电导线的振动响应并与实验结果比较。分析结果表明,混合子结构方法能够准确获得输电导线发生风雨激振时的气动特性,该方法为不便于实验获取气动力特性振动问题研究提供了一种有效途径。     

长直机翼带外挂系统的颤振及响应研究

考虑长直机翼的几何非线性,采用非定常气动力,根据Hamilton原理推导了长直机翼带外挂系统的气动弹性运动方程。运用伽辽金法进行离散,通过数值模拟研究了系统的颤振特性及响应。结果表明:增加外挂质量,安装在靠近翼尖位置并且位于弹性轴之前约40%半弦长时,颤振临界速度最大;外挂连接刚度的降低,会使颤振临界速度减小。由于几何非线性的影响,系统的响应非常复杂,这里的算例经历了从收敛到单个极限环振动,经拟周期运动进入混沌,再由混沌进入周期3的过程。     

Delta并联机器人弹性振动控制

采用有限元理论建立Delta并联机器人弹性动力学模型,将弹性振动引起的位置和方向误差看作是对名义运动的摄动,得出动平台位形误差与结点位移的关系方程,作为评定机构运动精度的依据。在柔性构件上粘附阻尼层,消耗系统振动能量,抑制杆的横向振动,对杆的纵向振动采用压电作动器进行主动控制,兼顾响应与控制能量实现最优控制。实例显示,对机构综合采用以上两种振动抑制措施,可以将机构的振动水平控制在很低的水平。     

超高速列车受电弓气动特性分析

基于超高速运行条件,通过建立单臂受电弓模型,在横风条件下采用分离涡模拟方法研究受电弓在不同工况下的非定常气动特性,分析其三维绕流场的涡量、流线、压力以及受电弓气动力、力矩系数的时程变化规律及频域特性,探讨了该型受电弓在高速与超高速运行时绕流特性的差异。结果表明:由于超高速运行导致受电弓气动荷载平均值和振幅增大、振荡周期减小以及对应频谱变宽,由非定常升力和横风的作用引起的俯仰力矩和侧偏力矩的作用显著,导致受电弓在垂直方向的振动加剧,故结构相对紧凑的单臂受电弓有利于减小纵向振动;但其底架高度较高,在相同的升弓角度下上臂与下臂的空间夹角减小,导致上臂与下臂连接处出现范围较大的低速尾流,小尺度分离涡的结构及分布复杂,研究结果对横风作用下受电弓气动特性研究及应用具有重要意义和价值。     

带迟滞非线性环节二元机翼的气动弹性响应分析

基于Theodorsen非定常气动力理论,采用Roger拟合得到时域气动力表达式;针对二元机翼俯仰自由度带有迟滞非线性环节的情况,采用分段线性方式,建立了二元机翼气动弹性系统无量纲运动方程。通过数值仿真得到了系统极限环振动响应的时间历程和相轨迹,并与带中心间隙型非线性刚度环节二元机翼的气动弹性响应特性进行了比较;结果表明在一定的来流速度下,二元机翼俯仰自由度具有的迟滞特性会导致整个系统的极限环振动;最后用描述函数法给出了迟滞非线性环节的等效刚度及等效阻尼表达式,并进行了具有迟滞非线性环节二元机翼气动弹性系统颤振边界的等效线化分析,与直接数值仿真的计算结果吻合较好。     

矿用带式输送机多工况纵向振动特性研究

针对不同工况下矿用带式输送机输送带存在的纵向振动特性复杂、系统不稳定、容易造成撒料等问题,采用数值模拟法对带式输送机空载启动和满载运行工况下的输送带纵向振动响应特性进行对比分析,分析结果表明：带式输送机在空载启动下的纵向振动响应与满载运行时的振动响应规律大致相同,空载启动时的动位移明显比满载启动时的动位移小,空载启动的动态特性优于满载启动动态特性,由此分析提出了相关改进措施,为延长带式输送机使用寿命,保证带式输送机稳定运行提供参考和依据。     

数控机床滚珠丝杠的固有纵振研究

文章根据数控机床滚珠丝杠常用安装结构形式,运用直杆纵向弹性支承简化模型对数控机床滚珠丝杠工作时的轴向工况进行简化,采用Laplace变换和弹性振动理论对数控机床的滚珠丝杠纵向振动进行了建模研究,导出了弹性直杆在不同边界条件下固有纵振时的振型函数及频率特征方程。通过实例证明了方法与模型的简便和可行。     

高速平面并联机器人动态分析与实验

基于弹性动力学和实验对高速轻型平面并联机器人的动态响应进行研究。首先,根据机构的几何和惯性非线性建立机构运动微分方程组,对机构的两个典型位形的动态响应进行分析;其次,建立了由3-RRR轻型并联机构和控制系统组成的实验装置,对理论分析进行了验证。结果表明,在位形2,理论分析和实验一致,即机构的残余振动很快衰减;在位形1,理论分析与实验两者不同,实验测量的动态响应为自激振动,而数值仿真得到衰减的残余振动。同时,结果也表明机构在不同位形有不同的动态响应。     

考虑附加力影响的弹性体远程火箭弹弹道分析

远程火箭弹具有长细比大、射程远的特点,为提高弹道分析精度,有必要充分考虑气动弹性和其它附加力的影响。以远程火箭弹非线性运动方程为基础,考虑气动弹性效应,分别采用细长体理论和气动导数法计算弹身和弹翼舵面产生的非定常气动力,并考虑地球自转和发动机燃料变化所引起的附加力以及地球曲率的影响,建立弹性体远程火箭弹六自由度运动模型。通过弹道仿真,对比分析气动弹性、附加力和结构刚度对远程火箭弹脱靶量的影响。仿真对比结果表明,气动弹性和附加力都对远程火箭弹脱靶量产生影响,且附加力与气动弹性高度耦合,在考虑气动弹性效应的前提下,附加力对远程火箭弹脱靶量的影响被显著放大,因此在全弹道仿真分析中必须同时考虑气动弹性和附加力的耦合影响;弹体结构刚度越小,远程火箭弹的脱靶量越大,在远程火箭弹初步设计中,应保证弹体结构刚度以确保命中精度。     

中等及大迎角下的翼型气动弹性性质研究

采用不同湍流模型的雷诺平均Navier-Stokes方程计算中等及大迎角条件下的非定常气动力,在全湍流流场假设情况下,耦合翼型振动方程,在时间域内数值模拟了中等雷诺数下翼型在不同迎角、尤其是失速迎角附近的气动弹性动态过程。通过算例分析,得出了研究结果。     

低预紧扭矩螺栓连接悬臂梁的2倍谐振响应

为准确获得光电设备中螺栓连接对系统结构动态响应特性的影响,研究了装配连接环节导致的非线性振动特性。采用单螺对栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行了研究和实验。利用接触有限元方法对低预紧扭矩下结构非线性振动特性进行了时域数值积分仿真分析,给出了不同激励量级周期受迫激励下的相轨迹曲线;结合快速傅里叶分析方法,指出此模型在低预紧扭矩下存在1/2频率激励下的谐振现象。基于激振器实验,给出了实验自由振动响应幅值和受迫振动响应幅值的变化,证实了仿真结果的准确性。数值仿真和激振器实验均表明:激励量级越大,螺栓连接引起的非线性振动中自由振动分量对结构动态响应的影响越大。该方法对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有指导意义。     

高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟

为模拟横风环境下高速列车所受气动载荷,选择Karman修正风速谱为目标谱,采用线性滤波法（AR模型）模拟了随列车移动点的脉动风速时程。基于风速风压关系,分析了气动载荷的计算方法,引入气动导纳函数,计算了高速列车横风作用下的非定常气动载荷,最后通过MATLAB编程实现非定常气动力的模拟。通过对列车运行速度70 m/s、平均风速为25 m/s工况下的脉动风速及非定常气动力的计算模拟,结果表明,风速时程能量主要集中在0~3 Hz频域段,与列车系统固有的一些振动频率相近,存在引起列车系统共振、引发倾覆事件的可能。     

基于逆动力学的柔性机械臂力学特性研究

为了对柔性机械臂力学特性问题进行深入研究,通过运用机械臂低振动逆动力学和时变模态展开方法,建立单连杆柔性机械臂的动力学模型,将机械臂自激弹性振动模型引入计算模型中,提出最优输入力矩与扰动最优力矩计算方法,并针对关节处不同工作状态进行动力学响应分析,最后根据计算数据建立相关模型进行数值验证。研究结果表明,柔性机械臂在建模过程中包含非线性项,消除模型线性化误差,给定机械臂结构和运动要求时,可首先算出最优输入力矩,从而对机械臂实现开环控制;通过采用扰动模型,了解柔性作用,算法的收敛性和速度较普通模型有显著提高,结果具有良好的鲁棒性;当关节转动固定后,机械臂端点作谐振动,若振动频率接近机械臂固有频率时,扰动响应发散,反之则为稳态振动;当关节移动固定后,匀速转动,转速小于临界转速时,扰动响应衰减或稳定,反之则发散。     

弹性连杆机构振动的模型预测主动控制研究

基于机构离散状态空间模型,提出了抑制弹性连杆机构振动响应的模型预测主动控制方法。将复杂机构动力学模型中的非线性因素、耦合因素以及系统高阶模态的影响作为扰动,建立了预测机构动态变形响应的预测模型,采用带实时预测误差修正的模型预测控制方法对弹性连杆机构的振动进行了主动控制,降低了控制方法对复杂机构数学模型的要求,提高了控制系统的实时性。数值仿真和实验结果证明了该方法的有效性。     

高速双联斜齿轮中的动应力与离心应力分析

本文对一完整双联斜齿轮在动载荷和离心力作用下结构中的位移和应力场进行了计算研究。首先建立了双联斜齿轮的三维有限元模型,用[1]中的方法求得了相应结构振动最低几阶固有频率及振型。用模态坐标变换将有阻尼弹性系统二阶常微分有限元动态运动方程组转换成无耦合微分方程,根据系统计算出的真实动载荷用振型叠加法计算了双联斜齿轮的稳态响应。本文还研究了离心力对齿轮位移及应力分布的影响,并与齿轮结构中的动位移及动应力进行了对比分析。全文的计算是在微机上完成的。     

同步带传动纵向振动的分析

建立了同步带传动纵向振动的振动模型及相应的运动微分方程，导出了纵向自由振动的固有频率及当同步带轮有偏心时纵向振动的激励响应。     

S826叶型的非定场气动力特性的数值研究

利用自行开发的二维非定常Euler方程的求解程序模拟S826叶型的外部非定常绕流,分别研究了在俯仰振动、平振以及俯仰与平振耦合的情况下叶型的气动特性.研究表明,随着折合频率,振幅值的增大,迟滞效应增强;平振与俯仰振动耦合时,当-90°≤φ≤90°时,气动力是激振力;当90°＜φ＜270°时,气动力为阻尼力.