含转轴裂纹的离心叶轮转子非线性动力学特性研究

建立了带有裂纹故障的的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的横向振动力学模型,并推导了系统的无量纲运动微分方程。运用数值积分法对系统的分岔特性进行了仿真。最后分析了横向流体激振力以及裂纹深度对离心叶轮系统动力学性能的影响。     

振动沉桩过程的动力学仿真分析

振动沉桩过程是一个非常复杂的过程,其复杂性源于土的动力性能和桩－土接触面的动力接触行为。应用Ｄ－Ｐ准则,借助ＡＮＳＹＳ软件,建立桩－土系统有限元模型,选取合适的桩－土系统参数,并得出在该参数下的桩位移曲线。改变激振力振幅、频率及土的内摩擦角、粘结力和压缩模量等参数值,得出相应参数下的桩位移曲线。通过对比原参数下的桩位移曲线与改变参数后的桩位移曲线,得出激振力幅值、频率以及土的刚度和阻尼对沉桩速度和沉桩量的影响。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

转向传动机构间隙对车辆摆振系统动力学行为的影响分析

对考虑转向传动机构间隙的车辆摆振系统动力学行为进行了分析。基于非线性系统动力学相关理论,应用二状态模型描述横拉杆和转向梯形臂之间的间隙副接触状态,建立了考虑转向传动机构间隙的四自由度摆振系统动力学模型。对上述模型进行数值分析,借助相平面、Poincaré映射及分岔特性等分析了间隙对于车辆摆振系统动力学行为的影响,为更好地实现车辆摆振控制提供了理论支持。     

基于同步电感及buck-boost转换器的能量回收接口技术

设计基于同步电感及buck-boost转换器的接口技术—SCEI(Synchronous Charge Extraction and Inversion),完成该接口技术在恒定激振位移、恒定激振力情况下回收功率的理论分析及计算。理论计算表明,在恒定激振位移下忽略buck-boost转换效率时SCEI的回收功率大于Parallel-SSHI技术最大回收功率,且该回收功率与负载无关;在恒定激振力下SCEI回收功率与SECE技术特性相似;通过实验比较设计的SCEI技术与4种经典技术在相同激振位移下的回收功率。实验结果表明,SCEI技术回收功率约为SECE的1.5倍,且与负载无关。     

大型非线性转子-密封-轴承系统的不平衡响应与稳定性

对实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统建立了具有超大规模维数的非线性动力学模型,该模型考虑了密封的非线性激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子的阻尼力、不平衡质量力和重力.采用Newmark方法对其进行数值求解,模拟出转子升速过程中汽流激振现象的典型特征和发生汽流激振的失稳转速,并且得到系统参数对转子不平衡响应和稳定性的影响规律.结果表明:适当的增大转子的阻尼、密封的半径间隙和密封流体轴向流速可提高转子发生汽流激振的失稳转速,这为在设计和运行中提高实际大型汽轮机转子-密封-轴承系统的稳定性提供了参考依据.     

自调式激振器对高方平筛停车阶段共振的影响

为了使高方平筛在停车阶段获得较为稳健的减振效果,对采用自调式惯性激振的高方平筛停车过程进行了动力学建模和数值模拟。在考虑三相异步电机制动时的机械特性和滚动轴承摩擦的前提下,建立筛体、悬吊装置和自调式激振装置所组成系统的非线性动力学模型,运用4阶Runge-Kutta数值算法得到了偏心距不变式和偏心距自调式两种激振方式下停车过程的数值解。分析了自调式激振装置中初始偏心距、刚度和阻尼等对停车时间的影响规律。结果表明:只有在合适的参数匹配下,自调式激振方式才能获得较好的减振效果;适中的初始偏心距是提高减振稳健性的关键因素。所得结果对于振动机械中自调式激振装置的设计具有参考价值。     

非谐和振动输送机输送速度分析

介绍和研究了非谐和振动输送机的输送原理和动力学特性,从理论上分析了物料运动的基本特征,得到了物料连续滑动时的速度表达式。探讨了物料输送速度随激振频率不同而变化的规律,通过理论分析和仿真计算验证物料输送效率在某一激振频率有最优值。进一步讨论了另一重要参数——摩擦因数对物料输送速度的影响规律,为该类输送机的设计和优化提供了理论依据。     

考虑运动副间隙的机构动态特性研究

为了研究运动副间隙对机构系统动态特性的影响,建立一种改进的间隙非线性连续接触碰撞力的混合模型,同时采用修正的库仑摩擦模型描述间隙处的摩擦作用,然后将间隙接触碰撞模型嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,以曲柄摇杆机构为对象,建立了含间隙机构的动力学模型并进行动力学仿真分析,仿真结果可以准确地预测运动副间隙对机构动态特性的影响,为机构设计提供了参考和依据,并且建立的间隙接触碰撞力的混合模型拓展了间隙铰接触碰撞动力学建模与含间隙机构动力学特性的研究,有利于工程实际应用。     

脉动流下两端简支细长圆柱动力学行为分析

在考虑由附加轴向力引起非线性项基础上,建立了轴向脉动流下两端简支圆柱的非线性动力学模型。为了研究该描述系统的动力学特性,进一步讨论关键参数脉动频率对系统动力学行为的影响。从分岔图可以看出系统在一定的频率范围内可能存在混沌,并且通过三个特定脉动频率下的相图、庞加莱映射、功率谱、以及最大Lyapunov指数等统计特征来分析该系统的动力学特性。该研究结果对反应堆中脉动流引起燃料棒流致振动的安全评估具有指导意义。     

Efficiency of a percussive rock drilling process with consideration of wave energy radiation into the rock

The efficiency of churn drilling was studied with consideration of wave energy radiation into the rock. In this percussive drilling process, a hammer with cutters on its front subjects the rock to direct impact. A 3D elastic finite element model was used for the hammer and the rock, with a nonlinear force versus penetration relationship representing the rock crushing process. Two rock models with the same crushing properties were employed: (i) one perfectly rigid and (ii) one linearly elastic, representing Westerly Granite. Under favourable drilling conditions, with efficiencies higher than 60%, the elastic response of the rock significantly influences the efficiency of the drilling process. However, the radiation of wave energy into the rock, less than 3% of the impact energy, does not play an important role. Under unfavourable drilling conditions, with efficiencies lower than 40%, the elastic response of the rock does not significantly influence the efficiency of the drilling process even though the energy radiated into the rock is greater than 5% of the impact energy.     

边界摩擦条件下含有预紧的对合碟簧隔振单元的振动特性

为研究对合碟簧的摩擦对隔振单元振动特性的影响,设计了一种存在预紧的对合碟簧隔振单元,建立了考虑边界摩擦条件下对合碟簧组的刚度模型。通过准静态加载试验验证了该刚度模型的正确性;并提出了该碟簧隔振单元的非线性动力学模型,应用平均法对对合碟簧隔振单元的自由振动进行分析,得出影响系统自由振动频率的各项因素;对基础激励下对合碟簧隔振单元的受迫振动进行分析计算。结果表明:在小位移振动条件下,该碟簧隔振单元可近似等效成非线性黏性阻尼系统,且附加支持力系数仅影响系统脱离频率,刚度三次项系数值的选取越大越不利于系统隔振;在大位移振动条件下,计算得到了系统存在异常跳跃状态与全频域内传递率系数T′d≤0状态,并说明这两种状态与黏性阻尼系数以及附加支持力系数间的联系。     

三质体声共振混合机的动力学特性及其性能分析

为研究三质体声共振混合机的动力学特性,建立了三质体声共振混合机的动力学模型,进而分析了系统物理参数对动力学特性的影响,阐明了物料质量和阻尼变化对声共振混合机动力学响应的影响规律,提出了系统在共振频率附近工作的振幅控制策略。进一步分析了典型声共振混合机在额定载荷下的对地动载荷和所需激振力,并与额定载荷所需的最大推力进行了比较。结果表明,通过选择合理的系统物理参数,三质体声共振混合机在三阶共振频率附近工作,其振幅变化较平缓、负载质体和激振质体的运动相位相反,系统能够兼具能量转换率高、对地动载荷小且激振力小等优点。所得结论有助于进一步提高声共振混合机的工作性能和设计水平。     

基于共轭斜量法的凿岩参数自寻优控制研究

在凿岩过程中,影响凿岩速度的因素主要有凿岩机输出的冲击能、活塞冲击频率、液压推进力、钎杆回转速度和岩石性质。针对目前无法根据岩石性质快速实现凿岩参数的最优匹配,凿岩速度难以达到理论设计最佳值的问题,提出基于共轭斜量法的凿岩参数自寻优控制方案。将冲击能和冲击频率、推进力和转钎速度分成2组进行动态寻优,并充分考虑岩石性质对凿岩速度的影响,使得各凿岩参数可以快速地达到最优匹配关系。利用MATLAB软件对该自寻优方案在采用固定步长和模糊变步长时的应用效果进行仿真分析,验证该方案的可行性和合理性,并进行推进力和转钎速度的自寻优试验,以验证理论分析和仿真结果的正确性。仿真和试验结果表明基于共轭斜量法的自寻优控制方案可使凿岩参数快速收敛于最优值附近,极大地缩短了实现最佳凿岩速度所需的寻优时间,与常规方法相比凿岩速度可提高13.2%。研究结果对岩石开采设备的自寻优控制以及岩石开采效率的提升有良好的指导价值,同时为凿岩自动化和智能化的实现提供了一种新思路。     

用锤击法和变时基技术进行黄河铁路桥的模态试验分析

介绍了用力锤激励铁路运动实际桥梁模态分析的特别试验。试验采用了新技术,一、弹性聚能力锤延长了力的激励时间,使激励力的能量聚集在低频处;二、使用了变时基（Ｖａｒｉｅｄ－Ｔｉｍｅ－Ｂａｓｅ）传递函数模态分析方法,极大提高了大型结构的传递函数的分析精度,从而使锤击法进行大型土木结构的模态试验成为可能。本文是国内外首次利用锤击激励进行的铁路运行实际桥梁模态分析的成功试验,具有一定的科研和应用价值。     

Numerical Study on Hybrid Tubes Subjected to Static and Dynamic Loading

The commercial finite element program LS-DYNA was employed to evaluate the response and energy absorbing capacity of cylindrical metal tubes that are externally wrapped with composite. The numerical simulation elucidated the crushing behaviors of these tubes under both quasi-static compression and axial dynamic impact loading. The effects of composite wall thickness, loading conditions and fiber ply orientation were examined. The stress–strain curves under different strain rates were used to determine the dynamic impact of strain rate effects on the metal. The results were compared with those of a simplified analytical model and the mean crushing force thus predicted agreed closely with the numerical simulations. The numerical results demonstrate that a wrapped composite can be utilized effectively to enhance the crushing characteristics and energy absorbing capacity of the tubes. Increasing the thickness of the composite increases the mean force and the specific energy absorption under both static and dynamic crushing. The ply pattern affects the energy absorption capacity and the failure mode of the metal tube and the composite material property is also significant in determining energy absorption efficiency.     

计及二阶效应的梁杆系统动力响应分析方法研究

基于动力刚度法和有限元理论提出了一种考虑二阶效应计算梁杆动力响应的新方法。通过求解轴向力作用下Bernoulli-Euler 梁横向和轴向挠度自由振动微分方程,利用位移边界条件反解出待定系数,得到了动态精确形函数;使用经典有限元方法推导了考虑截面自身旋转惯量的质量阵和考虑二阶效应的刚度阵,该质量阵和刚度阵各元素均为轴力和圆频率的超越函数;建立了杆系结构瞬态动力学分析的动力平衡方程,给出了稳定和高效的求解方案。对几个典型的算例进行了计算分析,并与通用软件ANSYS 的计算结果进行了比较。计算结果表明:该分析梁杆系统动力响应的新方法具有较高的计算精度和效率,特别是能够准确地计入轴力对于梁杆动力响应的影响。     

基于线性互补问题的多体系统接触/碰撞动力学研究

多体系统往往包含大量的接触/碰撞行为,这些非光滑事件的存在造成了动力学方程的不连续或分段连续,给数值求解带来了很大的困难。为综合考虑平顺接触与碰撞,采用基于线性互补问题的非光滑动力学方法,首先在当前时刻为起点的短时间内对对缝隙函数进行均匀化,然后与法向接触力建立标准线性互补方程,最后将线性互补方程改造为一组非线性代数方程,通过非线性迭代可直接求解接触力。算例结果表明,采用该方法不需在接触状态发生改变时切换模型,且严格满足互补关系,保证了接触力的非负性。研究成果可成为求解多柔体系统接触/碰撞问题的新途径。     

密度对聚丙烯泡沫材料动态冲击性能的影响

目的 以聚丙烯材料为研究对象,研究密度对其动态冲击性能的影响。方法 对4种不同密度的聚丙烯材料进行动态压缩试验,分析接触力、位移和应变以及吸收能、比吸能的变化,从而研究动态条件下不同密度的聚丙烯材料的动态冲击性能。结果 当密度一定时,最大接触力、最大位移、最大应变、比吸能随冲击能的增大而增大。当冲击能一定时,最大接触力随密度的增大而增大,最大位移、最大应变、比吸能随密度的增大而减小。结论 考虑到轻量化以及成本因素,在安全范围内,选择缓冲材料时可以选择密度较小的聚丙烯材料。