基于力状态映射法的航天器非线性铰链参数辨识

为了解决航天器伸展机构中复杂非线性铰链的建模问题,采用力状态映射法辨识了具有复杂非线性动力学特点的航天器太阳翼根部铰链和板间铰链结构中的多种线性和非线性动力学参数,得到了描述铰链非线性动力学模型的微分方程。为了提供辨识所需的试验数据,根据实际铰链的受力特点,建立了航天器复杂非线性铰链的振动响应试验测试系统,并通过振动试验获得了真实航天器太阳翼根部铰链和板间铰链在不同频率及激振力下的力矩与弯曲角之间的关系。本文的参数辨识结果反映了真实铰链的非线性刚度、摩擦及阻尼特性。利用此辨识参数建立的动力学模型能够描述铰链结构中的多种线性和非线性动力学特点,并可进一步应用于航天器整体系统建模及控制中。     

两栖车辆非线性横摇动力学参数辨识研究

为了估计两栖车辆非线性横摇阻尼项系数和非线性恢复项系数,进行了两栖车辆静水自由横摇衰减试验,采用差分格式分别计算横摇角速度和角加速度,最后采用最小二乘法来确定非线性阻尼项和恢复项系数.针对某两栖车辆的自由横摇衰减曲线,通过对测试曲线进行滤波和平滑,成功地辨识了非线性阻尼系数和非线性恢复力矩系数.结果表明:该方法仅根据自由横摇衰减曲线就可以辨识两栖车辆动力学参数,而且辨识精度高、计算方法简单.     

速度作用下非线性弹性地基上矩形薄板主共振

本文基于非线性弹性地基模型及弹性理论,建立了非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下的非线性动力方程,运用Galerkin方法及多尺度法求得该系统主共振的幅频响应方程,以行车速度为调谐参数,分析阻尼系数、车辆荷载、板厚及相位差等参数对非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下主共振幅频响应的影响。结果表明:非线性弹性地基上矩形薄板在行车速度作用下主共振系统的非线性特点不明显,振幅-速度响应曲线接近对称,改变阻尼系数、车辆荷载等参数时对共振区间影响不大。在正常取值范围内,随着阻尼系数值增大振幅-速度响应曲线峰值减小;随着车辆荷载、板厚及相位差的增大振幅-速度响应曲线峰值增大。     

半正弦波形发生器的非线性动力学模型及模型参数标定方法研究

借鉴有阻尼达芬方程、圆柱形橡胶隔振器的静刚度和冲击刚度经验公式,建立了预测半正弦波形发生器冲击波形的非线性动力学模型。该模型综合考虑了半正弦波形发生器的尺寸、硬非线性、阻尼、冲击初速度等复杂因素。结合冲击试验机和龙格库塔方法,给出了半正弦波形发生器冲击波形的测量和计算方法。以预测波形和实测波形的确定系数最小为优化目标,采用量子遗传算法对模型中的相关参数进行反辨识,同时也验证了该非线性模型针对半正弦波形发生器在冲击激励下的动力学行为的极限描述能力。结果表明,所建立的模型精度较高,其中峰值和脉宽误差均在5%以下,波形拟合误差小于15%。该模型及参数反辨识方法有助于精确地设计半正弦波形发生器。     

利用NARMA模型辨识非线性时变结构系统

为了有效地进行非线性时变结构系统的辨识,提出了一种基于Kalman滤波算法的利用时变非线性自回归滑动平均模型的用于非线性时变结构系统辨识的新方法.首先,利用线性变换将非线性时不变结构系统的动力学模型转化为非线性自回归滑动平均模型,然后,将非线性项展开为系统输出数据的多项式的形式.利用短时时不变假设,通过改变模型参数跟踪系统参数的变化,将非线性时变系统的辨识问题转化为线性时变系统的辨识问题.建立系统参数的随机游动模型,引入Kalman滤波算法估计系统的参数,实现对非线性时变结构系统的辨识.最后对一个具有非线性时变刚度的三自由度结构系统进行了仿真,结果表明:该方法可以有效地跟踪非线性时变结构系统的参数变化.遗忘因子的对比试验表明只有选择合适的遗忘因子才能得到合理的结果.     

共振态下叶片试验件的疲劳试验研究及硬涂层阻尼的影响

高周疲劳导致的失效在过去几十年内对航空工程领域造成了巨大损失.本文给出了压气机叶片试验件在共振态下的疲劳试验结果,以及阻尼硬涂层对延缓振动疲劳的影响.以共振频率的变化为指标观测了一阶弯曲共振下的叶片试验件裂纹萌生和扩展过程;在出现疲劳裂纹叶片的振动时域图和频谱图中观察到了明显的非线性特征.利用超声相控阵技术辨识了疲劳裂...     

基于复模态的非比例阻尼结构参数识别研究

在地下结构地震响应的简化分析模型中,无限地基的辐射阻尼通常以附加阻尼罐的形式与结构动力刚度阵耦合在一起,其阻尼形式不同于结构阻尼或比例阻尼.由于复杂地质条件以及计算规模的限制,采用理论或数值分析方法得到的无限地基辐射阻尼参数与实际情况往往有较大的差别.引入节点阻尼,并提出利用复特征对进行参数识别的思想.同时为了解决由于阻尼阵与刚度阵的耦合而产生的非线性问题,构造了一种迭代算法.结果表明,算法能够比较准确地识别各类参数.     

汽车建模及其动力学特性分析

研究汽车的振动特性,简化出具有独立悬架的七自由度非线性动力学模型,推导其振动微分方程,并整理成矩阵形式,运用数值仿真方法研究汽车悬架刚度、悬架阻尼系数和轮胎刚度等参数对汽车悬架振动特性的影响.结果表明:系统的共振区间为f=0.8~3.0;在共振区域时,随着悬架刚度、悬架阻尼和轮胎刚度的增加,汽车的稳定性、安全性下降,但当频率足够高时,悬架振动幅值的变化并不明显;随着系统参数的变化,悬架1、3的幅值变化剧烈,悬架2、4的幅值变化不是很明显.因此,在设计悬架时应该选择合理的结构参数.     

金属橡胶复合齿轮副振动特性分析及实验

针对少齿差行星减速器传动过程中存在的振动冲击问题,提出新型的金属橡胶复合齿轮副,综合考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿轮误差激励、轴承支撑刚度、支撑阻尼、传动轴扭转刚度、扭转阻尼及金属橡胶径向支撑刚度和支撑阻尼等因素,采用集中质量法建立弯-扭耦合的6自由度非线性振动模型;采用可变阶次的多步Adams PECE法对动力学方程进行求解,研究复合齿轮副的振动特性;实验验证金属齿轮副和复合齿轮副的振动响应.结果表明,复合齿轮齿圈的振动位移和振动速度最大,经过金属橡胶弹性体后,轮毂的振动位移和振动速度均有明显的减小;同样,轮毂的扭转振动角位移和扭转振动角速度较齿圈有一定的衰减;复合齿轮副振动平稳性要优于金属齿轮副;仿真结果和实验结果基本一致.     

共振态下阻尼硬涂层对叶片疲劳裂纹扩展延缓效应的研究（英文）

本文提出采用大气等离子喷涂NiCrAlY阻尼硬涂层的方法来抑制叶片的裂纹扩展。首先,分别对无涂层和带涂层叶片试验件开展共振疲劳测试。结果表明,阻尼硬涂层具有一定的裂纹修复和扩展延缓能力。然后,建立了含裂纹叶片试验件的有限元模型,并通过对比叶片试验件固有频率随裂纹扩展的变化验证了该有限元模型的有效性。进一步引入裂纹扩展模型并获得了无涂层和带涂层叶片试验件在不同裂纹扩展阶段的裂纹尖端应力强度因子,揭示了阻尼硬涂层延缓裂纹扩展的机理。最后,给出了不同条件下叶片试验件的裂纹扩展曲线,并讨论了涂层参数厚度、涂层弹性模量和涂层密度对裂纹扩展速率的影响,还分析了涂层施加阶段对裂纹扩展的影响。进一步讨论了裂纹深度和裂纹角度对裂纹扩展的影响,这有助于优化涂层布局。实验和数值分析结果表明,阻尼硬涂层可以有效地延缓叶片裂纹扩展,是一种实用的延缓裂纹扩展技术。     

基于子结构综合法的螺栓结合部切向动刚度优化辨识

针对基于频响函数辨识螺栓结合部等效动力学参数时出现的由于噪声信号等引起的不适定问题,提出优化辨识方法,以获取准确的等效动力学参数。忽略结合部非线性特性及耦合效应,将螺栓结合部等效为弹簧阻尼单元,利用子结构综合法建立螺栓结合部切向动刚度辨识方程式。通过LMS噪声、振动测试系统对试件进行激振实验,获取辨识所需频响函数。根据同时获得的相干函数对频响函数进行筛选,以消除噪声信号对辨识精度的影响,基于最小二乘的思想优化辨识出螺栓结合部切向动刚度。最后将辨识结果代入有限元模型中进行谐响应分析,通过实测频响函数与仿真频响函对比分析,结果表明本文所提螺栓结合部切向动刚度优化辨识方法具有较好的辨识效果。     

多干扰源下热连轧机主传动系统扭振问题研究

针对热连轧机主传动系统扭转振动问题,考虑非线性刚度及阻尼项,建立连轧机在电机谐波干扰及负载谐波干扰下的主传动系统扭转动力学模型。采用多尺度法求解非线性动力学系统的1/2倍亚谐、2倍超谐及组合共振幅频响应方程。以某钢企中1 580 mm热连轧机F2主传动系统为例,分析实际参数下不同非线性刚度、非线性阻尼、电机扰动及线性阻尼对主传动系统亚谐、超谐及组合共振的幅频响应的影响。研究结果为揭示热连轧机主传动系统非线性动力学特性问题机理提供实用参考。     

约束阻尼板优化设计方法

在约束阻尼板振动实验基础上,建立了约束阻尼板的动态有限元模型,并对经实验验证的有限元模型运用NASTRAN程序对该约束阻尼板进行不同几何、材料参数下的仿真计算,得到相应的谐振频率和结构损耗因子.通过非线性拟合,建立了约束阻尼板谐振频率和结构损耗因子与几何、材料参数的参量拟合公式,基于该参量拟合公式,提出了优化设计方法,并成功应用于结构的优化设计.     

一般结合部刚度与阻尼参数的辨识

针对两侧均为弹性体的一般结合部，提出了一种基于实验模态参数的结合部刚度与阻尼参数的辨识方法．特别地，当弹性体内与结合部上存在部分难测模态分量时，给出了相应的辨识算法．该方法具有计算简单，易于编程，辨识精度好，实用性强等特点．     

一般结合部刚度与阻尼参数的辨识

针对两侧均为弹性体的一般结合部，提出了一种基于实验模态参数的结合部刚度与阻尼参数的辨识方法，特别地，当弹性体内与结合部上存在部分难测模态分量时，给出了相应的辨识算法，该方法具有计算简单，易于编程，辨识精度好，实用性强等特点。     

管道联接件参数识别的波动方法

基于波动理论,提出了一种识别管道联接件物理参数的新方法.以直管在平面内的弯曲振动为例,将弯曲波分解为左、右行波和衰减波,建立起管道单元上各测量点功率谱与波谱的关系,并由联接件处位移连续及力平衡条件,将联接件刚度及阻尼表示成波谱的函数.由联接件物理参数的辨识转化为与联接件相连管道单元上波谱的辨识.最后通过数值算例验证了波动方法在管道联接件物理参数辨识中的可行性.结果表明,波动方法在参数辨识中具有良好的识别精度和数值稳定性,是一种极有潜力的参数辨识方法.     

可调被动补偿器海上起重特性研究

为通过调节阻尼提高海上起重补偿器的补偿效果,本文建立了可调被动海上起重补偿系统的非线性动力学方程并将其线性化,定性分析得出变阻尼补偿方法在海上起重特有作业条件下的应用范围,总结出评价指标。通过对比分析系统线性、非线性刚度和线性、非线性阻尼对振幅的影响,发现刚度线性化对系统的影响较小,而阻尼线性化会产生一定的误差,但不影响对系统的定性分析;根据线性阻尼力和非线性阻尼力对振幅衰减不同的作用效果,采用在起吊初始阶段加入非线性阻尼的方法,获得了较好的补偿效果。     

MEMS器件平板运动结构的空气阻尼分析

为保证常压封装的MEMS器件有期望的动态特性,需分析微结构的空气阻尼效应.采用ANSYS对运动板间空气阻尼进行了仿真分析.建立了压膜阻尼模型,利用稳态分析和谐波分析分别确定低频和高频工作时的阻尼效应,分析了运动板工作频率、速度、材料适应系数与空气阻尼的关系,并把无孔板和有孔板的阻尼进行了对比分析.结果表明:工作频率和结构参数是影响空气阻尼的重要因素,在板上开孔可控制阻尼系数和刚度系数.     

可调被动海上起重补偿器特性研究

建立可调被动海上起重补偿系统的非线性动力学方程并将其线性化,定性分析得出变阻尼补偿方法在海上起重特有作业条件下的应用范围,总结出评价指标。通过对比分析系统线性、非线性刚度和线性、非线性阻尼对振幅的影响,发现刚度线性化对系统的影响较小,而阻尼线性化会产生一定的误差,但不影响对系统的定性分析;根据线性阻尼力和非线性阻尼力对振幅衰减不同的作用效果,采用在起吊初始阶段加入非线性阻尼的方法,获得了较好的补偿效果。     

桥梁断面涡激振动气动效应特性识别

为获取桥梁断面涡激共振过程中的气动效应特性,提出一种基于风洞试验的气动效应特性识别方法,首先提出涡振系统总体阻尼及刚度瞬时特性识别方法,在此基础上提出从涡振系统总体阻尼及刚度中分离气动阻尼及气动刚度的方法.以一个开口断面风洞试验数据为例对该方法的准确性进行了验证,并对该断面涡振气动效应特性进行研究.结果表明:识别得到的系统总体阻尼比为零的等高线与结构涡振响应曲线能很好吻合,从而验证了该方法的准确性.在此基础上对涡振过程中作用于结构的气动阻尼及气动刚度特性进行了研究,获得了气动阻尼及刚度随结构振幅和约化风速的变化规律,可为后续理论模型研究提供参考.