基于质量动态匹配的吸振器的振动控制方法研究

为了研究自调谐吸振器的振动控制策略,分析了系统中吸振器质量及与其耦合的阻尼对振动控制效果的影响,建立了不同的数学模型的运动方程,通过对比分析了在有无动静质量时系统的减振效果,进而对吸振器的控制策略进行研究。为使吸振器的固有频率与激励频率匹配,将谐振时主系统与子系统的相对相位作为评价指标,对吸振器的质量和激励频率进行拟合得到控制方程,提出了一种质量动态匹配的开环控制法,跟踪得到不同激励频率下的控制质量,进而可对主系统的振幅在较宽的频段内进行减振控制。通过实验分析,对自调谐吸振器在宽频带的振动有稳定、快速的控制。     

裂纹扩展过程中电磁谐振疲劳试验系统动态特性分析*

电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置,要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷,为达到这一目的,需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此,建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型,采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度,研究不同材料试件刚度、系统固有频率,试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律,并进行相关试验,试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。     

裂纹扩展疲劳试验测控系统研究

针对疲劳裂纹扩展过程中工作载荷的稳定性问题,建立了基于裂纹长度在线测量的谐振式疲劳裂纹扩展试验振幅控制系统,提出了基于裂纹在线测量的自适应改进爬山法、固有频率跟踪方法及振幅模糊PID控制方法。首先采用自行设计的测量系统测得了试件不同裂纹尺寸所对应的系统固有频率,开始疲劳裂纹扩展试验后实时测量了裂纹扩展过程中的裂纹长度,采用所提出的固有频率跟踪算法对系统固有频率进行了跟踪,同时采用模糊PID方法对频率跟踪过程中造成的振幅波动较小进行了控制。实验及研究结果表明,所提出方法在裂纹扩展过程中的振幅控制精度为2%,控制精度高、调整时间短,能较好地满足疲劳裂纹扩展试验的要求。     

曳引式电梯机械系统竖直振动的分析与抑制

以曳引机转子偏心为外部激励,建立电梯系统动力学方程,对电梯系统的竖直振动进行模态分析,求解出系统各阶固有频率的时变范围,确认电梯在运行至30 s时六阶固有频率与曳引机的激振频率相吻合。针对这一问题,通过更换不同刚度的隔振垫来改变系统固有频率,进而避免共振。     

高频谐振疲劳机载荷测量误差建模分析及试验夹具优化设计

电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验过程中,对动态载荷的高精度测量和控制是保证试验结果准确性和系统工作稳定性的重要前提,夹具作为夹持试件和传递载荷的重要机构,对其进行结构优化显得尤为重要。建立了紧凑拉伸(CT)试件连接刚度模型和三自由度有阻尼振动系统动力学模型,得到了动态载荷测量误差理论表达式;分析了夹具刚度对动态载荷测量误差的影响,设计了不同结构刚度的试件夹具,并通过有限元方法计算其刚度,得到了不同结构夹具对动态载荷测量误差的影响结果;实验验证了优化夹具设计的合理性。     

激振频率对裂纹梁系统振动特性的影响

用ZK-4VIC型振动与控制实验台和ZK-1型电动式激振器分别对相同的Q235裂纹梁系统加载大小相同频率不同的简谐激振力(F=1.12N,w=17Hz、19Hz、21Hz、23Hz),对裂纹梁的振动疲劳过程进行模拟。记录实验过程中裂纹梁的振动幅值随时间变化的趋势,分析在不同激振频率的激振力作用下,疲劳裂纹对裂纹梁振动特性的影响。结果表明:加载简谐激振力的激振频率与固有频率的关系对裂纹梁系统的振幅变化影响显著;裂纹产生后,刚性系统受裂纹的影响大于柔性系统受裂纹的影响,寿命较短;刚性系统比柔性系统更容易从振动变化上发现裂纹故障的存在。     

RV减速器扭转振动的固有特性及灵敏度分析

以RV减速器为研究对象,综合考虑系统刚度和摆线轮偏心角度对扭转振动特性的影响,采用集中参数法,建立了该系统13个自由度的修正扭转动力学模型。通过求解自由振动方程得到系统固有频率及主振型,分析了摆线轮偏心角度对系统固有频率的影响。利用偏导数法分析了系统固有频率对转动惯量和刚度的影响。研究结果表明,轴承刚度为系统固有频率的关键影响因素。     

发动机变惯量曲轴系统1∶1∶1共振分岔分析

为了进一步对发动机实施节能抗振降噪优化处理,深入研究变惯量参数对内燃机曲轴系统扭振分岔特性的影响。利用描述发动机曲轴扭转振动的非线性动力学方程,针对转动频率、不平衡激励频率及固有频率之间关系为1:1:1时的情况,分别利用多尺度法得到并分析了描述系统稳态振动的平均方程。并以某型号发动机为例,得到了不同参数状态下,该发动机曲轴的扭振分岔情况,为其系统性优化设计提供理论依据。     

轴承振动加速度传感器系统的频响特性

通过对滚动轴承振动测量中加速度传感器系统频响特性的分析,建立了传感器系统的力学分析模型.通过对模型的分析,接触刚度对系统谐振频率的影响最显著.提高系统的接触刚度可采用线接触形式和提高传振杆材料强度;减小系统的等效质量对提高谐振频率也有明显的效果.阻尼对频响特性的影响不显著.结论也适用于类似的振动测量系统.附图4幅,参考文献9篇.     

Geislinger联轴器扭振研究

从单自由度扭振系统出发,研究了Geislinger联轴器的动态特性.发现当Geislinger联轴器在承受波动转矩时,其刚度和阻尼会随振动频率的变化而变化,动刚度会使系统固有频率产生偏移.进一步研究表明,动态阻尼对振幅值的影响较大,而对频率偏移基本没有影响.同时,通过对联轴器扭振方程的求解,解算出联轴器的不同阶次的固有频率.     

基于固有频率的呼吸式裂纹梁损伤识别方法

将呼吸裂纹梁简化为由扭转弹簧连接的两段弹性梁,在假定振动响应随振幅变化的基础上推导出呼吸裂纹梁的固有频率方程;考虑振动过程中呼吸裂纹的开合情况,假定裂纹梁的刚度是振幅的非线性函数,建立了呼吸裂纹梁的多项式刚度模型;结合等高线裂纹识别理论和方法,提出了一种基于固有频率的呼吸裂纹梁损伤识别方法,算例验证了方法的可行性与有效性。研究表明,该方法的识别精度取决于实验固有频率的精度。     

连铸结晶器非正弦振动装置建模与固有特性分析

为实现机械系统驱动的结晶器非正弦振动波形偏斜率的在线调节,设计出一种双伺服电机驱动的结晶器非正弦振动装置。阐述其工作原理,建立三维模型并进行运 动学仿真;建立扭转-平移耦合动力学模型,推导其动力学方程。研究表明,非正弦振动系统的质量矩阵是常量,刚度矩阵、阻尼矩阵随时间周期性变化。最后,基于瞬时机构凝固法,分析了系统偏心轴的转角、振幅、构件惯性参数及刚度对其固有频率的影响。     

圆柱正弦活齿传动扭转振动系统刚度研究

针对圆柱正弦活齿传动过程中的受力情况,基于弹性小变形和变形协调假设,提出了理论状态下啮合作用力分析模型;根据赫兹理论和啮合副的几何关系,建立了啮合副的啮合刚度模型,推导出接触点处主曲率和啮合副啮合刚度计算公式;依据能量不变原理建立了系统扭转振动模型,给出了等效扭转刚度计算公式,形成了一套完整的系统刚度矩阵计算分析方法;结合具体实例进行了分析,发现该扭转振动是一个时变系统且系统刚度矩阵呈现周期分布的特点,求出了周期计算公式,并提出了两种简化求解该扭转振动系统固有频率的方法。分析结果可作为圆柱正弦活齿传动机构的结构设计、振动分析的基础。     

影响数控机床工作台振动特性的参数分析

利用拉格朗日方程和能量原理建立了数控机床进给系统的数学模型,分析了各参数对工作台振动位移的影响。按正交试验的结果,得出了影响工作台振动位移最大的3个因素,分别为丝杠的导程h、工作台的质量m和工作台与丝杠连接的纵向接触刚度kn。在进给系统试验台上测量滚珠丝杠的轴向振幅及扭转振幅,得出与理论分析相同的结果,即:丝杠的导程越大,工作台的质量越大,工作台的轴向振幅越大;工作台与丝杠连接的纵向接触刚度越大,工作台的轴向振幅越小。     

Closed-form solutions for crack detection problem of Timoshenko beams with various boundary conditions

An analytical approach for crack identification procedure in uniform beams with an open edge crack, based on bending vibration measurements, is developed in this research. The cracked beam is modeled as two segments connected by a rotational mass-less linear elastic spring with sectional flexibility, and each segment of the continuous beam is assumed to obey Timoshenko beam theory. The method is based on the assumption that the equivalent spring stiffness does not depend on the frequency of vibration, and may be obtained from fracture mechanics. Six various boundary conditions (i.e., simply supported, simple–clamped, clamped–clamped, simple–free shear, clamped–free shear, and cantilever beam) are considered in this research. Considering appropriate compatibility requirements at the cracked section and the corresponding boundary conditions, closed-form expressions for the characteristic equation of each of the six cracked beams are reached. The results provide simple expressions for the characteristic equations, which are functions of circular natural frequencies, crack location, and crack depth. Methods for solving forward solutions (i.e., determination of natural frequencies of beams knowing the crack parameters) are discussed and verified through a large number of finite-element analyses. By knowing the natural frequencies in bending vibrations, it is possible to study the inverse problem in which the crack location and the sectional flexibility may be determined using the characteristic equation. The crack depth is then computed using the relationship between the sectional flexibility and the crack depth. The proposed analytical method is also validated using numerical studies on cracked beam examples with different boundary conditions. There is quite encouraging agreement between the results of the present study and those numerically obtained by the finite-element method.     

轧制力动态特性影响下的轧机辊系振动行为研究

考虑受辊系振动影响时轧制力的动态特性,建立了板带轧机辊系非线性振动模型。采用平均法求解得到振动系统的幅频响应,分析不同轧制速度和外激励幅值对幅频特性的影响规律。运用奇异性理论分析振动系统静态分岔行为,得到系统分岔的转迁集以及出现不同振动形态的临界条件。以轧制速度为分岔参数,研究轧机辊系振动系统动态分岔特性。结果表明：轧机辊系振动行为对轧制速度变化十分敏感,振动幅值随着外激励幅值和轧制速度增大而增大,系统不稳定频率范围随着轧制速度提高而减小,随外激励幅值增大而增大;系统随轧制速度变化出现阵发性混沌运动,结合最大Lyapunov指数曲线得到稳定轧制时的速度范围。研究结果为抑制轧机振动和保障轧机稳定运行提供了理论参考。     

并联天平动特性研究

固有频率对并联风洞天平的动态性能有重要的影响。本文主要研究基于Stewart平台的并联风洞天平的固有频率及固有振型,首先应用Kane方法研究了天平的动力学方程,通过线性化建立天平的固有频率方程,依据振动理论推导出并联天平的六阶固有频率,并研究六阶固有频率随上平台质量和连杆分支刚度的变化规律。结合数值算例,求解出天平的六阶固有频率及其对应的固有振型,并用有限元方法验证理论计算结论的正确性,结果证明并联风洞天平具有固有频率高的优点。     

高速HSK热装工具系统结合部的参数辨识

HSK工具系统的动态特性直接影响机床的加工效率与质量,获得准确的工具系统结合部参数又是精确预测HSK工具系统动态特性的基础。将热装刀柄-刀具结合部简化为弹簧-阻尼模型,基于Timoshenko梁理论建立了HSK热装刀柄-刀具结合部的有限元模型,采用弹塑性理论辨识结合部的刚度和阻尼,获得了HSK热装刀柄-刀具结合部内沿轴向不同位置的刚度和阻尼。进而建立了HSK热装工具系统的有限元动力学模型,分析工具系统刀尖点的频响函数。最后进行了HSK热装工具系统频响函数的实验测量,与理论频响函数相比较,验证了将结合部等效为弹簧-阻尼的辨识方法的合理性和有效性。     

安装液压互联悬架货车的机械液压多体系统建模及模态分析

针对传统悬架无法实现同时对车体俯仰和垂向振动模态的协调控制,提出一种新型液压互联悬架系统。运用传递矩阵法推导出液压子系统的阻抗阵,并建立机械多刚体和液压系统耦合的多体动力学方程。针对该类频率依赖特征方程的特征值问题,提出一种基于数值优化的特征值辨识方法,并验证该方法的有效性。运用模态理论,对比分析液压互联悬架系统对三轴重型货车车体振动模态影响的不同。结果表明,俯仰平面内的抗反向运动的液压互联悬架系统能在保持原有乘坐舒适性的同时,能有效抑制车体俯仰运动;安装抗反向运动的液压互联悬架系统后,车体俯仰刚度增强,其垂向振动刚度略有降低;同时车体和车轴振动峰值被极大地降低,车体振动衰减率明显增大。