振动试验视频图像测试技术研究

摘要：基于数字视频技术,以普通USB数码摄像头与PC机作为硬件设备设计了视频图像测振系统,采用该测试系统识别了悬挂集中质量的简支梁模型的一阶模态参数。基于Matlab软件编制振动视频采集与图像边缘检测程序,获取梁振动的位移时程曲线,采用模态分析确定简支梁模型的固有频率、阻尼比与振型,试验结果表明采用该测振系统实现低频结构的振动测试是可行的。     

基于视频测量的运行状态模态分析

视频测量技术通过摄像机记录被测结构的振动过程,采用图像处理方法实现对结构上测点的多目标跟踪,具备全场非接触、测试过程简便、测量精度高等突出优点。基于摄像机成像模型,采用光束法平差提取出结构测点三维方向位移振动信息,每个测点等效于一个三轴"微位移传感器",对多测点目标跟踪可视为多通道同步数据采集。对摄像机成像系统进行校准,依照结构形状特性分布测点,由结构静止时各测点的空间位置构建出测试结构的几何模型,进行视频采集和多目标跟踪获取各测点动态响应数据,采用运行状态模态分析方法,识别出被测结构的固有模态参数。基于视频测量实现了测试结构几何建模和信号采集,并与模态分析软件紧密结合,形成了完整的视频采集与分析系统,具备良好的空间域展现能力,特别适用于柔性低频结构的动态测试与分析。以轻质风扇叶片、若干树叶等结构为对象进行实验研究,验证了该技术和方法的有效性。     

海洋钻井平台注水泵机组故障测试分析

针对某海洋石油钻井平台注水泵机组轴承频繁失效而影响正常生产的问题,以减小注水泵振动为出发点,采用多点布局测振方案对注水泵机组轴承关键点振动特性及平台甲板振动特性进行测试分析,找出导致轴承失效的主要原因。在建立平台甲板CAE模型基础上进行模态分析,提出解决注水泵机组轴承失效问题的平台甲板改造方案。注水泵机组在甲板改造后振动强度明显降低,注水泵机组轴承频繁失效问题得以解决,证实测振技术及基于CAE模型的模态分析技术在分析处理海洋钻井平台注水泵机组故障中的有效性。     

热模态试验系统高温振动校准测试装置设计

针对平板式热模态试验系统用激光测振系统原位校准需求,开展试验系统高温环境振动加速度幅值原位校准测试方法研究。基于振动标准法校准技术提供标准振动加速度幅值信号,研建能够将常温下振动信号传递到高温环境的陶瓷传递杆,研制能够有效隔绝高温对标准振动信号影响的隔热装置,组建高温环境加速度幅值原位校准测试装置。通过对陶瓷传递杆的热变形分析,以及陶瓷传递杆传递系数的标定,确保校准测试装置满足校准要求,扩展不确定度优于3%。利用装置对平板式热模态试验系统开展原位校准测试试验,结果表明,该装置可以实现对平板式热模态试验系统高温环境振动加速度幅值测量的量值溯源,保障试验数据的准确可靠。     

基于磁悬浮技术惯性式振动测量方法研究

磁悬浮球作为质量块实现惯性式振动测量,测量磁悬浮球与测振系统壳体的相对位移即可得到被测振动体的振动参数。由于磁悬浮球不与任何物体接触、无机械摩擦、无机械间隙误差,与传统惯性式振动测量方法相比具有灵敏度高、测量上限频率高,直接输出振动位移信号,通过微加工技术可实现体积小等优点,控制电路还可提供各类所需阻尼函数,但低于10 H z测量频率时需加大测试装置尺寸。在构建磁悬浮球模型及控制系统的基础上,通过对系统的结构和运行参数分析,推导了磁悬浮测振系统动力学方程,并将其等效成表征质量-弹簧测振系统的常系数二阶微分方程,使等效阻尼系数和刚度系数与质量-弹簧系统的参数有一定的对应关系。通过标准激振器产生不同的振动信号,测量结果验证了该方法正确。测试系统灵敏度:986 mV/g,测量频率范围:20 H z~5 kH z。该方法无需粘贴传感器、性价比高、操作方便。     

后驱车动力传动系扭振分析

研究后驱车辆动力传动系扭转振动分析方法,根据实际工程问题,建立合适的仿真模型,计算传动系扭振模态频率,并与测试结果进行对比,验证该方法和仿真模型的正确性;在此基础上,分析了动系各部件对扭振模态的灵敏度,以便项目前期根据目标对扭振模态进行控制。本研究提供了一套有效的传动系扭振的分析方法,并取得良好的工程应用效果。     

稳态强迫激励结构振动最优控制

本文在模态控制方法的基础上,借助信号处理的理论,针对船舶主机激振的特点,提出了复杂强迫激励结构振动的最优控制方法.文中研究了实时获取激励信息的方法,并将船舶简化为一根简支梁对其进行仿真.最后讨论了估计激励频率的精确性及系统模型精度对控制品质的影响.     

基于振型假定的旋转行波超声电机动力学模型分析

利用分析动力学的Lagrange方程,采用假定振型法将压电陶瓷诱发应变的激振效果等效成单自由度弹簧-质量系统在外力作用下的强迫振动,建立了基于压电陶瓷诱发应变激振的超声电机复合定子的机电动力学模型,可以计算出超声电机定子在特定模态下的模态质量、模态刚度、交变电压激振压电陶瓷的等效力系数等参数.     

不同约束条件下光学元件的模态测试与振动分析

为了更好的实现对光学元件抗振性能的分析和评估。以直角垫板元件模型为例,开展一系列不同约束条件下的模态测试实验。首先结合ANSYS有限元模拟结果和模态测试结果,控制偏差在系统允许范围内,对模型模态属性的定义和模型建立的可靠性进行验证。其次,在基准有限元模型基础上,对不同约束条件下的该光学元件的模态参数进行计算,得到不同约束条件下不同的模态参数。最后,根据不同约束条件下元件所表现出来的不同的动力学特性,分析在不同装配状态下元件的工作稳定性,为进一步改善光学元件在不同振动噪声干扰下的工作性能和抗振性能奠定了基础。     

振动系统在不可测干扰作用下的主动控制研究

基于模态控制理论,利用优化特征值配置和稳定性理论等技术,提出阻尼性振动系统在不可测外扰作用下主动控制的一种设计方法,实验结果表明,对于低频振动系统,采用该方法设计控制系统可有效地降低系统的振幅,取得满意的控制效果。     

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。     

角振幅的图像测量方法

将时间平均成像方法用于谐波角振动物体的振幅测量。采用该方法只需用普通的CCD摄像机分别摄取被测物体的静态下在图像及其在谐波振动状态下的一幅时间平均成像,即可求得该物体的角振幅。为求解该问题所导出的非线性方程,本文构造了基于图像相关的迭代算法。实验表明该测量方法具有较高的精度和工程可用性,且对实验设备和测量环境要求不高,很适合现场测量。     

Low Cost Digital Vibration Meter

This report describes the development of a low cost, digital Micro Electro Mechanical System (MEMS) vibration meter that reports an approximation to the RMS acceleration of the vibration to which the vibration meter is subjected. The major mechanical element of this vibration meter is a cantilever beam, which is on the order of 500 µm in length, with a piezoresistor deposited at its base. Vibration of the device in the plane perpendicular to the cantilever beam causes it to bend, which produces a measurable change in the resistance of a piezoresistor. These changes in resistance along with a unique signal-processing scheme are used to determine an approximation to the RMS acceleration sensed by the device.     

风洞模型支杆系统设计及振动主动控制

研究了悬臂梁支撑系统在强流场环境下的振动抑制问题,并且基于跨声速实验设备中的模型支杆实际振动情况,采用压电陶瓷作为执行器设计了一套抑振器系统。对模型支杆进行了设计,对抑振器的轴向及周向安装位置进行了优化,以获得最佳的抑振器输出性能。基于PD控制算法,搭建了一套实验室模拟系统,在模型自由端施加加速度振幅为0.5 g,1.3 g,2 g的激励,实验结果表明,剩余振幅比为12%,10%,26%,取得了很好的振动抑制效果。     

吸振器底座对减振效果的影响研究

实际使用的吸振器都具有一定尺寸的安装底座。当吸振器安装于柔性主系统时,底座将影响吸振器的减振效果。针对此问题,利用功率流方法进行仿真研究。建立有底座吸振器和两端固支梁主系统耦合的数学模型。利用该模型对吸振器安装在梁上三个不同位置的情况进行仿真研究,并分析底座尺寸的影响,在此基础上比较两个吸振器和单个吸振器的减振效果。研究结果表明,通过优化吸振器的底座和安装方式能够有效地改善吸振器的减振性能。这为吸振器的工程应用提供一定的参考。     

简化的结构振动自适应前馈控制方法研究

发展一种基于ARX模型描述的实时自适应前馈控制系统,并将其应用到具有拟周期扰力的结构振动控 制中。采用RLS算法处理在线辨识问题,而采用LMS算法进行控制律的更新。实时控制中,辨识和控制的计算都由高 速数字信号处理器完成。此种方法,对于周期扰力以及拟周期扰力激起的结构振动响应都有很好的控制效果。     

变截面梁用于板壳耦合结构的吸振效果分析

将变截面梁用于一种板壳耦合结构的吸振,推导了功率流在各结构上的分配表达式,并对吸振效果进行了仿真。结果表明:梁在共振频率处对板和壳的吸振效果明显;安装位置对梁的吸振效果有决定作用,安装位置处板的响应幅值越大,梁的吸振效果越明显;提高梁的损耗因子有利于提升其吸振效果。     

Evolution of the partial image velocimetry measuring technique

Evolution of the non-intrusive flow measuring technique known as particle image velocimetry (PIV) is reviewed. Techniques for illuminating the flow field and recording the images are compared and the principles of image analysis outlined. Recent developments in stereoscopic and holographic PIV, application to vibration fields and fibre optic beam transmission are also discussed.     

Dynamic instability of channel-section beams under periodic loading

Abstract

This paper presents an analytical investigation on the free vibration, static buckling and dynamic instability of channel-section beams when subjected to periodic loading. The analysis is carried out by using Bolotin’s method. By assuming the instability modes, the kinetic energy and strain energy of the beam and the loss of the potential of the applied load are evaluated, from which the mass, stiffness and geometric stiffness matrices of the system are derived. These matrices are then used to carry out the analyses of free vibration, static buckling and dynamic instability of the beams. Theoretical formulae are derived for the free vibration frequency, critical buckling moment, and excitation frequency of the beam. The effects of the lateral restraint applied to the flange, the section size of the beam and the static part of the applied load on the variation of dynamic instability zones are also discussed.     

约束层阻尼结构降噪性能的测试分析

约束层阻尼作为表面阻尼的一种方式,通常用于解决金属板状结构的振动和噪声问题。目前,通常采用阻尼材料的损耗因子、储能模量来评估材料的减振性能,但是这种方法不能直接有效地评估阻尼材料在实际应用中的所获得的减振降噪的效果。采用正弦扫描和类白噪声随机振动激励激振简支梁的方法,通过分析响应数据来表征约束层阻尼的减振降噪效果。