螺栓连接悬臂梁超谐响应特性试验研究

针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式,采用单螺栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备,结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下,第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小,结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励,系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下,非线性项中二次项对结构响应起主要作用;在较高预紧下,非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。     

螺栓连接梁非线性振动的定频试验研究

为改进螺栓连接结构的定频试验方法,对国际上标准的Brake-Reu?螺栓连接梁结构的非线性振动特性进行试验研究,精确测量结构在每个频率下激励与响应之间的非线性关系,重构恒力条件下的非线性幅频及相频特性曲线,分析不同激励水平及不同拧紧力矩条件下结构非线性振动响应的变化规律。该方法无需反馈控制,简便快捷,可以克服扫频过程中力跌落引起的测量误差,精确测量非线性结构激励与响应之间的幅值和相位关系,可为结构的非线性建模仿真提供精确的参考数据,有助于深入认识结构的非线性振动特性。     

螺栓连接条件下结构振动模态的时频分析方法

在精密光电跟踪设备中,光机结构的振动特性对保持目标跟踪的精度和稳定性具有重要意义。螺栓连接是光机结构的常用连接形式,但其非线性接触特性也使得结构的振动特性变得较为复杂。采用时域激励计算结构位移响应并进行频域分析的方法计算结构的共振频率。相比于弹簧单元模拟螺栓连接等简化方法,此方法不需要对每一个螺栓分别进行弹簧单元刚度等参数的选取和处理。以螺栓连接的悬臂梁为例,先利用接触面固结的模型验证方法的准确性,其后对考虑接触和螺栓预紧力的模型进行仿真计算。仿真的模态结果和试验模态结果对比表明,所提的仿真方法正确且有效。     

基于小波分析的螺栓联接结构的动态特性分析

利用小波包分析技术提取敲击状态下搭接梁螺栓联接结构包含某一固有频率的振动加速度信号,根据该频段信号的连续小波变换(CWT,1-D Continuous Wavelets)分析螺栓联接结构随着预紧力变化的动态特性.首先基于Premax大型数据采集与分析系统搭建实验平台;之后根据振动信号的时频特性选取(320～480)Hz作为分析频段并进行单支重构;然后对不同连接状况下在该频段的时域信号进行一维连续小波变换.分析结果发现螺栓松动变化与其结构的动态特性密切相关,在敲击下,预紧力越小,信号衰减越快,其结构阻尼越大,表示联接结构的能量耗散增大,系统非线性增强.     

预紧力对紧螺栓连接板位移载荷响应的影响

针对螺栓连接的可靠性和紧密性问题,研究切向载荷作用下预紧力对紧螺栓连接结合面微滑状态下等效刚度以及微滑移-宏观滑移临界响应幅值的影响。以单搭单螺栓连接板为对象,分析结合面接触压力和预紧力的关系,在研究连接板位移载荷特性的基础上,构建螺栓连接板的等效刚度模型;基于有限元法开发变预紧力的单搭螺栓连接板参数化模型,提出位移载荷响应计算方法;探讨预紧力对微滑阶段螺栓连接板的位移-载荷响应的影响,分析预紧力对微滑移-宏观滑移临界响应幅值和等效刚度的作用。结果表明,当连接板自由端位移响应幅值小于0.075 mm时,预紧力变化对位移载荷响应没有影响,螺栓连接板等效刚度渐硬;当位移响应幅值大于0.075 mm时,预紧力对等效刚度影响明显;微滑移-宏观滑移临界响应幅值与预紧力大小呈近似线性关系。当预紧力为[0.15~0.33]F_(0max)(F_(0max)为最大预紧力)或[0.45~0.70]F_(0max)时,预紧力变化对连接刚度影响很小,预紧力对等效连接刚度的影响可达到50%。研究表明,切向载荷作用下的摩擦式螺栓连接,改变预紧力可调节螺栓连接板的等效刚度和微滑移-宏观滑移临界响应幅值,综合考虑可为螺栓连接板的力学设计提供新思路。     

基于夏氏法的螺栓连接结构传递函数辨识

对于含有螺栓连接的组合弹性体振动建模问题,提出一种基于交替的广义最小二乘法(夏氏法)的传递函数建模方法。为研究螺栓结构的传递特性,设计一个螺栓连接系统,利用Hyper Mesh软件对螺栓连接构件进行有限元建模,分别采用圆柱型梁单元和哑铃型结构对螺栓连接结构进行简化,通过对比可知哑铃型结构仿真效果更好。在考虑螺栓预紧力及接触的情况下,施加瞬态载荷,通过分析激励点和响应点的位移关系,发现激励通过系统后,Y方向振动幅值变大,Z方向相对减小且方向相反,根据所得位移数据,利用MATLAB软件编程,采用夏氏法,对激励点与响应点之间的传递函数进行参数辨识。     

振动环境下螺栓连接结构的HHT分析

首先通过搭建螺栓连接结构振动实验系统,利用LABVIEW编程对螺栓连接结构进行随机激励,并且对振动环境下螺栓连接结构的响应信号进行采集保存,再利用Matlab编程进行希尔伯特黄变换(HHT)分析,得到振动环境下不同预紧力的螺栓连接结构响应信号的Hilbert边际谱图,反映了随着预紧力的变化螺栓连接结构的频率变化情况;最后将边际谱图与傅里叶频谱图进行对比,说明由于螺栓连接结构的非线性特征,选用自适应的HHT对振动环境下螺栓连接结构进行分析更加准确。     

电动车电池箱体螺栓振动安全性能评价与控制

为提高电动汽车动力电池箱体振动环境下结构连接可靠性和完好性,建立了一套完整的螺栓振动松弛仿真评价及控制流程。首先采用试验测试与仿真模拟结合的方法,建立了螺栓动态响应仿真分析高精度计算模型。然后以谐波失真度评价结果作为参照,提出将螺杆单元的应变能响应均方根值作为螺栓振动松弛评估参数。最后参照国标要求,对某电池箱体螺栓振动松弛性能进行了评价,并通过优化螺栓间距和预紧力提高了电池箱体螺栓连接可靠性。上述研究成果可作为电池箱体开发前期一种有效的安全性能预测评估手段。     

不同螺栓预紧力下数控转台台面振动分析

建立某型号数控转台与主机及其螺栓连接模型,利用ABAQUS软件,分析了模型在不同预紧力作用下的螺栓连接应力分布情况。探究了台面承受动态切削载荷时,数控转台在不同螺栓预紧力下的动态响应,得到数控转台台面的位移响应曲线。数控转台与主机间的螺栓连接在受到外界动载荷作用时,由于预紧力的不同会导致转台与主机连接状态发生变化,影响其连接刚度,使转台整体刚度改变。适当增加预紧力能使转台台面的振动幅值减小,从而提高机床的加工精度。     

GMA非线性振动系统混沌特性研究

针对超磁致伸缩驱动器非线性振动系统的混沌特性问题,对该系统的响应随激励频率、激励力参数变化进行了研究。在分析GMA工作原理的基础上,建立了GMA非线性振动系统的数学模型,给出了该系统的振动方程;利用Matlab软件进行了数值仿真分析,通过求解GMA非线性振动系统的响应随激励频率、激励力参数变化分岔图,确定了该系统产生混沌时激励频率、激励力参数的取值范围;采用4阶Runge-Kutta法绘制了GMA非线性振动系统的位移时间历程图、相图、Poincaré映射图、幅值谱图;使用ADAMS软件对位移时间历程曲线进行了实验仿真验证对比。研究结果表明:GMA非线性振动系统具有混沌特性;通过对该系统的混沌特性研究,得到的结论为该系统的混沌特性应用提供了理论依据和技术支持。     

基于等效接触区域的螺栓连接结构模态分析

螺栓连接的动力特性将直接影响到结构在振动环境下的响应。首先,分析了螺栓连接件在预紧力作用下接触面连接区域的范围;然后,通过有限元非线性静力分析方法,建立了预紧力作用下螺栓连接的有限元模型,取得了预紧力作用下螺栓连接的最大应力作用区域,定义该作用区域为螺栓连接的等效接触区域,将等效接触区域粘接起来模拟螺栓连接的连接区域,从而将螺栓连接的非线性问题转化为线性问题;进而,对等效接触模型和"刚化"模型进行了有限元模态分析,得到了两种模型的动力特性。最后,将有限元模态分析得到的结果和试验模态分析的结果进行了比对,验证了等效接触模型的正确性。     

动质量对悬臂梁振动抑制的数值分析和实验研究

在简谐激励下,实验研究端部动质量对悬臂梁共振响应的抑制能力,发现抑振效果与质量位置和质量比有直接关系,动质量和梁的高频碰撞振动现象。提出包含碰撞效应的数学模型,用振型叠加法,将耦合的非线性偏微分方程变为时变非线性微分方程。计算无量纲梁端部位移和碰撞力。结果显示,提出的模型基本上描述了系统的动态特性,在一定程度上理论和实验结果是一致的。     

随机激励下掘锚联合机纵向非线性振动特性分析

将虚拟仿真方法、Bekker模型、Newmark-β法相结合,分析了打顶部锚杆孔时掘锚联合机的非线性振动特性。采用DYNA虚拟仿真获得锚杆钻头的阻力载荷,利用采样定理对载荷进行离散化处理,作为钻头的随机工作载荷;采用Bekker模型描述了掘进机履带与巷道底板间的非线性行为,再根据牛顿运动学定律建立了掘锚联合机多自由度非线性振动方程,利用Newmark-β法对方程进行了求解,分析了整机的振动特性,结果表明：受履带与底板间非线性接触力的影响,整机振动处于混沌态;锚杆钻机工作时,整机虽然存在着俯仰和横滚振动,但振动量很小,整机的竖直振动占主导地位。对掘锚联合机的振动特性进行了现场实验,测量打10组锚杆孔时掘进机本体的振动量,测量结果中有6组的振动量均方根值接近仿真值（1.5mm）,实验结果表明掘锚联合机的非线性模型在一定程度上可以视为是准确的。     

Non-linear torsional vibration characteristics of an internal combustion engine crankshaft assembly

Crankshaft assembly failure is one of the main factors that affects the reliability and service life of engines.The linear lumped mass method,which has been universally applied to the dynamic modeling of engine crankshaft assembly,reveals obvious simulation errors.The nonlinear dynamic characteristics of a crankshaft assembly are instructionally significant to the improvement of modeling correctness.In this paper,a general expression for the non-constant inertia of a crankshaft assembly is derived based on the instantaneous kinetic energy equivalence method.The nonlinear dynamic equations of a multi-cylinder crankshaft assembly are established using the Lagrange rule considering nonlinear factors such as the non-constant inertia of reciprocating components and the structural damping of shaft segments.The natural frequency and mode shapes of a crankshaft assembly are investigated employing the eigenvector method.The forced vibration response of a diesel engine crankshaft assembly taking into account the non-constant inertia is studied using the numerical integral method.The simulation results are compared with a lumped mass model and a detailed model using the system matrix method.Results of non-linear torsional vibration analysis indicate that the additional excitation torque created by non-constant inertia activates the 2nd order rolling vibration,and the additional damping torque resulting from the non-constant inertia is the main nonlinear factor.The increased torsional angular displacement evoked by the high order excitation torque relates to the non-constant inertia.This research project is aimed at improving nonlinear dynamics theory,and the confirmed nonlinear parameters can be used for the structure design of a crankshaft assembly.     

滞迟动力吸振器简谐激励响应的迭代计算方法研究

研究了两自由度含有滞迟干摩擦环节动力吸振器的简谐激励响应计算问题 ,提出了双线性滞迟阻尼力 Fourier级数展开技巧与一次谐波平衡法相结合的处理方法 ,并推导了相应的选代方程 ,给出了利用最优化理论中梯度算法迭代求解非线性频响方程组的过程。混过一个数例的分析 ,初步考察了滞迟干擦动力吸振的基本性能。     

管壳式换热器的振动特性分析及模态试验

针对某一型号管壳式换热器管程入口和出口处容易损坏的问题,采用有限元模态分析和试验模态分析相结合的方法,对其动态特性进行了分析。研究结果表明其固有频率在180Hz以上,避开了流体诱导振动产生的激振频率,但需加强其管程入口和出口处的刚度和壳体螺栓连接部位的连接强度。有限元模态分析方法可为其他类型管壳式换热器的动态特性快速评价和可靠性优化设计提供参考。     

汽车三级分段变刚度双质量飞轮非线性振动研究

分析了三级分段变刚度双质量飞轮（DMF）刚度随扭转角变化的特征,考虑刚度非线性因素建立了搭载DMF的汽车传动系非线性扭转振动模型和对应的微分方程,采用平均法和Runge-Kutta数值积分方法编制算法程序,推导和分析扭转角非线性频率特性近似解析解,并对不同转矩频率下的强迫振动响应进行仿真分析,以进一步探究三级分段变刚度DMF在传动系统中的非线性振动特性。     

刚度对转子系统随机响应的影响

为了建立系统力学模型与随机运动微分方程,分析系统刚度对随机响应的影响,应用虚拟激励法,通过计算机数值模拟,结合随机响应功率谱密度函数,分析考虑机匣弹性、陀螺力矩并同时考虑机匣与定子间的弹性联接的复杂悬臂双盘转子系统在多参数耦合随机激励 轴承回转随机动力激励、转子不平衡随机激励和地面随机地震激励下的随机响应,讨论系统刚度变化对随机响应的影响。结果表明,水平方向地震时随机响应相对比较强烈,悬臂端圆盘振动最为强烈,机匣刚度、机匣联接刚度和轴承刚度对随机响应影响较大,提高系统刚度对降低随机响应有利。     

专用喷洒车主管路的动力响应分析

采用有限元分析法对喷洒车主管路进行模态和随机振动分析，结果表明，主管路前五阶模态频率在激励谱范围内动态特性较差。用模拟方法得到车体在路面激励下的响应作为振动分析激励输入。随机振动分析表明，激励频率为24Hz时系统产生较大的动态响应。