带有弹簧-质量-圆柱壳耦合结构自由振动分析

采用子结构导纳法研究了简支边界条件下带有多根弹簧-集中质量-圆柱壳耦合结构的自由振动。根据已有结果,通过求解多根弹簧等效刚度的推导思路,采用柔度法得到各子结构矩阵元素的柔度系数,进而求得集中质量带有多根弹簧的圆柱壳耦合结构自振频率及模态理论公式,并与已有文献结果作对比,证明了本文理论推导的正确性。应用本文理论方法进一步求解了集中质量带有三根弹簧圆柱壳耦合结构的自振频率及振型,并与建立的ANSYS有限元模型分析结果作对比,二者结果误差很小,可以忽略,再次验证本文理论的合理性及正确性。     

考虑压力追随效应的充气悬臂梁挠度计算模型与实验设计

针对以往研究只考虑充气内压的预应力效应,且存在褶皱判据定义不科学的问题,该文依据薄膜材料褶皱的基本理论,采用＂最小主应力为零＂作为薄膜褶皱判据,以承受端部集中载荷而弯曲的充气悬臂梁为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁模型,加入了压力追随效应修正,推导了充气悬臂梁挠度计算的基本方程,并给出了可行的求解方法及计...     

弹性支承梁损伤识别的二步方法

采用边界为弹簧－集中质量梁模型,考虑梁振动时边界条件对频率与振型的影响。利用摄动原理,推导了由边界为弹簧－集中质量模态求等效的一端固支一端铰支简支梁振动模态的公式,进而采用广义逆方法识别一端固支－端铰支梁的损伤。以实例证明这种模态还原法与广义逆方法联合使用的二步损伤识别方法的准确性与实用性。     

变截面悬臂梁压电俘能器集总参数模型修正

以变截面悬臂梁压电俘能器为研究对象,推导含端部集中质量的分布参数与集总参数模型运动方程及传递函数,并利用分布参数模型的解析解来修正集总参数模型的近似解。修正分为频率修正和幅值修正,通过分析发现,在梁自由端与固定端宽度比值较大的情况下,系统固有频率近似解的相对误差变大,根据此规律对集总参数模型固有频率进行修正,并在此基础上对相对运动传递函数引入修正系数,对幅值进行修正。通过和文献数据对比验证模型修正方法的正确性,表明其适于得到进一步应用和推广。     

不同温度下裂纹悬臂梁的模态和疲劳寿命分析

基于扭转弹簧模型和修正Paris公式,提出了一种在不同外界温度下含初始裂纹悬臂梁的疲劳寿命估算方法。在模态分析过程中,通过弹性模量引入温度模块,利用扭转弹簧等效该裂纹,将悬臂梁转化为由扭转弹簧联接的两段弹性梁;推导出不同温度下含裂纹梁固有振型的特征方程,分析温度和裂纹几何参数对裂纹梁固有频率的影响。在疲劳寿命分析过程中,利用复弹性模量引入阻尼损耗因子,基于修正Paris方程和同步分析法,考虑裂纹梁振动与疲劳裂纹扩展的相互作用,分析温度、阻尼和悬臂梁根部区域裂纹几何参数对裂纹梁疲劳寿命的影响。结果表明:随着裂纹相对位置的减小以及裂纹相对深度的增大,裂纹悬臂梁的固有频率和疲劳寿命则逐渐降低;而外界温度的升高也会导致裂纹悬臂梁固有频率和疲劳寿命的降低;同时随着阻尼损耗因子的逐渐增大,裂纹悬臂梁的疲劳寿命也会逐渐增加。     

含裂纹梁自由振动分析

研究含常开裂纹矩形截面梁的自由振动问题.通过一计及裂纹对粱局部柔度影响的无质量扭簧模拟裂纹所在截面,建立起与含裂纹梁等效的力学模型;基于完整梁自由振动方程的基本解,推导出含裂纹梁的传递矩阵;以简支梁和悬臂梁为例,结合具体的边界条件,导出它们相应的频率方程.基于泰勒展开,给出求解该频率方程的一种迭代算法,能够简便地计算含裂纹梁的固有频率.     

低频簧片仪冲击特性与破坏规律分析

低频簧片仪是低频段冲击谱测量的主要装置,其结构为一组具有不同固有频率的集中质量悬臂梁。舰艇受到爆炸冲击时,集中质量悬臂梁易发生塑性变形或断裂,直接影响测量结果。为分析集中质量悬臂梁抗冲击能力,利用模态叠加法建立集中质量悬臂梁在冲击载荷作用下理论模型,分析集中质量悬臂梁在冲击载荷作用下动态响应及破坏规律。研究结果表明:集中质量悬臂梁固有频率越高,应力峰值越大,越容易发生塑性变形或断裂;对于集中质量悬臂梁,冲击载荷破坏能力仅与极限谱位移有关,极限谱位移越大,其破坏能力越大;负波延迟对集中质量悬臂梁的破坏能力具有一定影响,可在常规抗冲击设计中通过增大极限谱位移考虑此影响。     

识别动力减振镗杆主系统等效参数的数学计算方法

采用动力减振镗杆是解决深孔加工颤振的有效技术途径,为设计减振镗杆内部吸振器的最优参数,需要识别镗杆主系统在吸振器安装位置的等效质量和等效刚度。针对采用实验和仿真的传统等效参数识别方法效率不高的问题,提出一种新的简单高效的数学计算方法:基于欧拉—伯努利梁理论和分段连续条件,将镗杆视为非等截面梁,建立主系统模态的数学模型,求解出固有频率和固有振型函数;再根据最大动能不变原则,推导出了主系统等效质量的求解公式;求解出镗杆主系统所有等效参数。数值仿真结果表明,新的数学计算方法可简便高效地计算出动力减振镗杆的主系统参数,从而提高动力减振镗杆的设计效率,同时也适用于其他不等截面梁等效动力学参数的求解。     

双迭片压电振子的振动研究

利用压电方程和小挠度弯振理论,推导了边界自由压电陶瓷双迭片薄板小挠度条件下弯曲振动位移的一般解及振型频率方程。由频率方程计算得到的各阶振型频率与用有限元方法计算的结果基本相符,并基本得到实验结果的验证。所得结论对边界自由双迭片压电振子弯曲振动的设计提供了理论参考。     

非线性系统带集中质量悬臂梁易损件跌落冲击特性

以三次非线性缓冲包装系统为研究对象,建立系统跌落冲击动力学方程;综合龙格-库塔和有限元法设计动力学方程的求解算法;探讨了集中质量和主体振动频率对易损件响应的影响。数值分析表明:系统跌落冲击过程,易损件最大位移和加速度响应均位于悬臂梁自由端,易损件与主体连接部内应力最大;易损件相对主体质量较小时,系统耦合作用对易损件响应影响不明显;随集中质量增加或主体振动频率向易损件第一阶固有频率接近时,易损件内应力响应、自由端相对位移响应幅值显著增大。在含弹性易损件产品系统包装设计中,连接部的内应力和易损件相对位移是关注的重要参数。研究结论可为带集中质量悬臂梁产品缓冲包装设计提供理论依据。     

多跨的三种梁的横向自由振动模型

运用了参数变易法对Timoshenko、Rayleigh和shear梁的横向自由振动模型进行了推导,分析了铰支座、集中质量、转动惯性、拉压弹簧和扭转弹簧的复杂边界条件的情形,进而给出了带有多个复杂边界条件的三种梁的自由振动模型。在其简化的Euler梁下对三个有一定工程实践意义的模型进行了推导,分别是双跨梁、双跨梁带有任意个集中质量和单跨梁带有任意个拉压弹簧的自由振动模型,三个模型的频率方程的结果与已有文献的结果相比具有很好的一致性。并运用Nastran将双跨梁进行了算例分析,结果本文提出的公式计算的一阶频率与有限元方法得出的一阶频率之差小于5%,表明提出的模型是合理可用的。     

双簧片导向机构的传递误差分析

双簧片导向机构是接触式测量常用的核心部件,广泛应用于自动检测中,其传递误差的模型直接影响传感器的测量精度.传统的建模方法采用悬臂梁整体柔性建模,不符合实际物理结构,在测量中会引起较大的传递误差.在建立导向机构整体力学模型的基础上,提出簧片机构柔-刚-柔悬臂梁分段建模方法,推导出簧片作用力和弯矩表达式,继而得出平动板寄生转角和传递误差表达式.最后通过有限元计算仿真技术,对悬臂梁分段模型与悬臂梁整体柔性模型进行仿真分析.仿真结果表明,柔-刚-柔悬臂梁分段建模方法比传统悬臂梁整体柔性建模方法的传递误差明显减小,验证了模型的有效性,从而为双簧片导向机构的设计、测量精度的动态补偿以及测量后数据处理提供了理论依据.     

悬臂式动力吸振器设计方法

众多学者对端部具有集中质量的悬臂结构提出过设计方法,但对于悬臂式动力吸振器而言,质量块并不满足质点假设。为了提出具有更高精度的设计方法,首先根据悬臂式吸振器的结构特点,提出Euler-Bernoulli梁假设、刚体假设、动/静挠度近似一致三条假设。在此基础上,使用能量法推导悬臂式动力吸振器的设计方法。该方法考虑了质量块结构参数,简洁明了,便于工程应用。针对常见的圆形和矩形截面悬臂式吸振器,设计五组参数进行充分验证。结果表明,对于质量块和悬臂梁不同的长度、不同的截面,所提设计方法均有很高的精度,最大误差小于3%。对于其他横截面形状的吸振器,差别仅在于截面惯性矩的计算方法不同。因此,所提设计方法具有简明、精度高,通用性好的特点,为悬臂式吸振器设计方法的实用化提供了一条新的途径。     

带有移动末端执行器的柔性机械臂的动力学分析

为了分析带有移动末端执行器的柔性机械臂的振动特性,将该系统建模成一个带有移动质量的在竖向平面内作伸缩和旋转运动的柔性悬臂梁。为了方便研究,引入了两个坐标系:随悬臂梁旋转的局部坐标系和固定不动的整体坐标系;结构在局部坐标系下的物理量转化到整体坐标系中,并给出总动能和总势能,利用拉格朗日方程和假设模态法导出了结构的动力学方程;当机械臂以匀速旋转时,系统动力学方程为线性;当机械臂变速旋转时,系统动力学方程为非线性;通过数值算例分析了机械臂和移动末端执行器在不同运动状态下的动力响应;此外还讨论了移动末端执行器和机械臂间的摩擦力对机械臂振动特性的影响。所得结论为相关机器人及其装备的设计提供了理论依据。     

基于应力悬臂梁式易损件跌落破损评价方法

目的针对可简化为带悬臂梁式易损件模型的产品包装系统,探究系统跌落破损评价方法。方法建立带悬臂梁式易损件的产品包装系统的非线性跌落冲击动力学模型,利用模态叠加法,以易损件内部应力为评价指标,系统参数和冲击速度变化量为变量,构建杆式易损件包装系统跌落破损边界曲线。结果实例分析表明,随着集中质量和主体振动频率增加,系统安全区域减小;易损件材料许用应力越大,系统安全性能越好。结论对悬臂梁式易损件的非线性包装系统,集中质量大小和主体振动频率对系统跌落破损安全区域影响显著。     

基于模型实时辨识自适应控制算法的时变机械系统振动主动控制

参数时变的现象广泛存在于机械系统。如果系统参数随着时间而发生较大变化,振动主动控制方案就需要考虑时变参数对控制算法的影响。针对动力学特性变化较大的时变机械系统振动,提出一种模型实时辨识自适应控制算法,该算法将传统的滤波自适应算法与递归预测误差方法相结合,利用改变梯度的递归预测误差方法实时估计控制通道模型。建立弹簧质量支承的非均匀截面杆纵向振动时域模型,模型中随时间而变化的弹簧刚度导致模型动力学特性发生较大变化。用模型实时辨识自适应控制算法对建立的杆模型进行振动控制数值仿真,仿真结果表明,所提出的控制算法能有效抑制时变系统的窄带和宽带振动。相对于现有的方法,该控制算法能实现更好的控制性能。最后,将所提出的控制算法应用到时变的摇摆系统振动控制,实验结果验证了所提出控制算法的可行性和有效性。     

基于宽频-多模态的复合俘能器的解析模型与实验研究

为提高单频压电振动俘能器的能量转换效率和工作频带,结合压电和电磁能量转换机制,提出了一种新的混合俘能器系统。该系统由PZT悬臂梁、弹性悬挂磁铁块、粘附于悬臂梁末端磁铁块及谐振器等组成,引入谐振器及磁铁可实现增加系统模态数量和非线性。基于此混合振动俘能器建立了改进型连续体机电耦合解析模型,并由龙格-库塔算法进行了求解。在此基础上,研制了振动俘能器原理样机,并搭建了实验系统,通过实验和解析评估方法完成了单一式和复合式俘能器性能比对和评估;研究表明,所研究的混合型振动俘能器相对常规振动能量俘集原理可实现较宽的频率范围及多模态振动能量俘集,且能量俘集效率明显提高,具有较好的应用前景。     

城市轨道车辆车体复合吸振器建模与仿真

To reduce vibration of urban rail vehicle body, using modal orthogonality, car body was equivalent to a homogeneous Euler beam with uniform cross-section, the vertical dynamic model of an elastic body-track-composite absorber rigid-flexible coupled system was established, and the design method for composite absorber suitable for this model was proposed.According to operating conditions of urban rail vehicles, the functional relation among stiffness, mass parameters and target frequency of the composite absorber was solved analytically.By going through the mass value of two vibrators of the composite absorber, its matching stiffness parameters were obtained.Using the established evaluation index of the body vibration energy, the vibration reduction performance of the composite absorber designed with different parameters was evaluated to obtain the parametric design of the composite absorber with the minimum body vibration energy.Finally, the vibration reduction effect of the composite absorber was verified by combining with the vehicle stationarity index.The research results showed that there are two natural frequencies of the composite absorber; when designing its parameters, the two natural frequencies should be coordinated with the natural frequency of vehicle body floating and sinking and body first-order elastic frequency; the established body vibration energy evaluation index can be used to comprehensively evaluate vibration reduction performance of absorbers with different designs; the composite absorber installation has a better vibration reduction effect on the vehicle body vibration, and improves the vehicle’s operation quality; the study results provide a reference for the research using composite vibration absorbers to reduce   vehicle vertical vibration.     

可调永磁双稳态非线性能量阱及应用研究

为了实现对主系统的宽频振动抑制,研发了一种可调的双稳态非线性能量阱(BNES)。介绍了BNES的结构和工作原理;其次分析了BNES的刚度构成以及其非线性动力学特性,并建立了悬臂梁-BNES系统动力学微分方程;采用数值方法探究了不同磁铁间距时的BNES对悬臂梁瞬态时域振动抑制效果和稳态频域的宽频抑振能力;对两组不同的悬臂梁系统进行了实验,验证了不同磁铁间距时的双稳态非线性能量阱的宽频振动抑制能力。研究结果表明,该BNES对悬臂梁的瞬态时域响应和稳态频域响应都有很好的振动抑制能力。