轴向高速运动梁的热冲击动力学响应及控制

研究了轴向高速运动、两端自由梁的热冲击下横向振动响应及控制,采用Hamilton原理得到了受热冲击和控制力的轴向运动高速梁的横向振动方程和边界条件.运用修正的伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程.数值仿真给出了速度2马赫时,系统的二阶模型在热冲击下的响应,发现响应较大.运用LQR法设计了最优控制器,其中采用加权系数法选择Q,R矩阵,比较了系统的无控制与有控制下的位移响应,结果表明控制效果良好.     

考虑弹丸与身管轴向运动耦合的火炮系统时变动力学分析

将火炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁，基于伯努利-欧拉梁理论和广义Hamilton原理，推导了考虑梁内张力的轴向运动梁振动方程。采用变量替换的方法把时变振动方程转换为固定区域的变系数微分方程。再用假设模态法和Galerkin法对控制微分方程进行空间离散求解。利用高精度时间有限元求解该时变方程，用两个算例验算振动方程的准确性。最后数值模拟移动弹丸对身管横向振动的影响。     

超临界轴向运动Timoshenko梁横向受迫振动EI北大核心CSCD

研究外部激励作用下,超临界轴向运动Timoshenko梁横向非线性振动的稳态响应。通过对非零平衡位形的坐标变换,从轴向运动Timoshenko梁的横向振动控制方程推导得到超临界速度下受横向外部激励的陀螺系统标准控制方程。运用Galerkin截断法数值研究超临界下轴向运动Timoshenko梁的稳态周期幅频响应关系,并通过与超临界速度下轴向运动Euler-Bernoulli梁的稳态幅频响应曲线进行对比,研究Euler-Bernoulli梁理论的适用范围。     

含变质量构件的轴向运动梁的横向振动主动控制

轴向运动结构是一类广泛使用的工程传送元件,而在传送过程中常常包含质量运动或者质量变化,质量的运动或改变和轴向运动间相互耦合作用,使结构的振动更加突出。为满足轴向运动机构高精度准定位的需求,围绕含变质量构件的机械臂结构,开展变质量-轴向运动耦合作用结构的振动主动控制研究。首先基于Galerkin法和模态叠加法建立了变质量-轴向运动压电梁的控制方程,然后针对系统的时变特性,设计LQG控制器对系统进行振动主动控制,并分析了多种工况下结构的振动抑制问题,最后采用Choi-Williams分布将信号在时频域上分解,分析了控制前后系统的时频特性。数值分析表明,施加LQG控制后,系统的横向振动在相关频率内都得到了有效的抑制,使用Choi-Williams分布可以准确反映系统振动频率与振动能量随时间的变化规律。通过研究含时变参数的轴向运动结构的运动特性和振动主动控制,对于智能机械臂结构设计具有一定指导意义。     

超临界轴向运动Timoshenko梁横向受迫振动

研究外部激励作用下,超临界轴向运动Timoshenko梁横向非线性振动的稳态响应。通过对非零平衡位形的坐标变换,从轴向运动Timoshenko梁的横向振动控制方程推导得到超临界速度下受横向外部激励的陀螺系统标准控制方程。运用Galerkin截断法数值研究超临界下轴向运动Timoshenko梁的稳态周期幅频响应关系,并通过与超临界速度下轴向运动Euler-Bernoulli梁的稳态幅频响应曲线进行对比,研究Euler-Bernoulli梁理论的适用范围。     

基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究

针对压电智能挠性悬臂梁进行了基于模糊振动控制研究.首先推导了压电智能挠性悬臂梁的控制方程.基于查表法设计振动模糊控制器,并在此基础上运用了一种修正技术提高模糊控制精度,提出采用修正Fuzzy-PI双模控制方法,设置信号阀值实现Fuzzy控制和PI控制的切换,设计了挠性悬臂梁振动主动控制算法.建立了压电智能挠性悬臂梁的实验平台,采用提出的控制方法对悬臂梁振动进行实验研究,实验结果表明:振动被快速抑制,系统的动态、稳态性能方面优于普通模糊控制器.     

轴向运动粘弹性夹层梁热力耦合振动频率分析

研究了温度场与位移场相互耦合时,轴向运动粘弹性夹层梁的横向振动特性。基于Euler-Bernouli梁理论和Kelvin粘弹性材料本构关系,建立了轴向运动粘弹性夹层梁横向振动控制方程;考虑材料变形与传热的相互影响,得到相应的热力耦合状态下轴向运动粘性夹层梁的耦合控制方程。采用Galerkin截断得到相应的热力耦合动力系统。用数值方法分析了相关热参数对梁振动频率的影响。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

轴向运动黏弹性夹层板的多模态耦合横向振动

基于薄板小挠度理论和Kelvin-Voigt黏弹性本构方程, 建立了轴向运动黏弹性夹层板横向振动控制方程, 研究了其横向振动特性。采用一阶和二阶Galerkin截断得到夹层板横向振动的特征方程, 讨论了两种夹心层所占总厚度比率下轴向运动速度对其横向振动特性的影响。研究表明: 在未超过临界速度前, 无论一阶还是二阶截断, 在定性描述系统特征上二者相同, 但一阶截断不适合描述轴向运动速度超过临界速度的情形; 对四边简支黏弹性夹层板, 临界速度和发生耦合模态颤振的速度随着夹心层比率的减少逐渐增大。     

两端固定超临界轴向运动梁横向平衡位形与振动

研究了超临界速度下,两端固定的轴向运动梁静平衡位形及其分岔,以及横向非线性振动前两阶的固有频率.在超临界范围,轴向运动梁的静平衡位形由直线和对称曲线组成.基于轴向运动梁横向振动的非线性积分-偏微分控制方程,给出了固定边界条件下非平凡静平衡位形的解析表达式,讨论了梁的物理参数对轴向运动临界速度的影响.对于非平凡静平衡位形,经坐标变换,建立超临界轴向运动梁连续陀螺系统的标准控制方程.结合有限差分法以及离散傅立叶变换研究了超临界状态下梁横向振动的前两阶固有频率.并将数值结果与局部线性化后的Galerkin截断结果相比较.     

基于主动空气轴承作动器的模糊主动振动控制研究

提出基于主动空气轴承作动器的溜板模糊主动振动控制。在溜板的空气静压支承基础上,以主动空气轴承为作动器,采用模糊控制方法,实现运动中的溜板振动主动控制。在自制的空气静压导轨上用电磁激振器模拟干扰力进行控制实验,取得良好效果。     

基于有限元法的管形振子声场特性研究

利用有限元分析软件ANSYS,对管形振子的振动模态及在清洗槽中的辐射声场进行数值计算分析,并用铝箔腐蚀的方法记录了管形振子的声场分布情况。结果表明基于线性理论的ANSYS软件能够较好地预测低强度的超声场;管形振子在清洗槽中的辐射声场在径向方向出现驻波,驻波沿管形振子的轴向间断出现,驻波数等于振子的半波长数,此外作耦合振动的管形振子和非耦合振动的振子相比其辐射的声场更均匀,表明这种新型辐射器有很好的应用前景。     

基于行波方法的智能悬臂梁振动控制

从振动波传播的观点，基于行波理论研究了一维悬臂梁的振动控制方法。以Bernoulli-Euler梁模型为研究对象，研究了行波理论建模和分析方法。在此基础上，基于横向位移、横向转角、应变这三种不同测量信号，应用波传递和反射的关系式，分别设计了行波控制器，并推导了时域和频域的控制力。最后对一悬臂梁进行了振动控制，数值算例表明了行波控制是有效的。     

H-结构薄板纵弯复合模态驱动的压电直线电机

为高性能压电直线电机设计奠定基础,推出基于H型振子的直线电机并利用该振子两纵向杆面内一阶纵振与二阶弯振驱动电机。研究电机的驱动机理并从理论上阐释振子纵杆驱动端质点的椭圆运动形成过程;建立振子有限元模型并对其工作模态、灵敏度、谐响应进行分析;优化振子结构尺寸,完成电机装配结构设计并制作出振子、电机实物;对振子进行模态试验,结果显示该振子不仅具有预设的工作模态,且在正常激励条件下,驱动端纵、弯振幅值分别可达1.2 μm,1.4 μm。研究表明,该电机有望产生较大速度与动力。     

超低频标准振动台波形失真度近似解析解

波形失真度是稳态正弦标准振动台计量中影响计量校准精度最主要的因素。本文在国内已有的低频标准振动台研究基础上,首次建立了超低频标准振动台的动力学方程,并求出了其近似解析解和波形失真度计算公式。通过对波形失真度公式的分析,他运动阻尼、振幅、激励频率、支承弹簧非线性因素对波形失真度的影响。为今后我国研制超低频标准振动台提供了一些理论指导。     

单振子二自由度球面马达的运动机理

利用矩形板形压电振子的两种振动模态,构建了一种采用单片压电振子驱动球形转子,形成两个旋转自由度的压电球面超声马达,对马达的作用机理进行了仿真分析和试验验证.利用有限元法对马达的矩形板压电振子的振动模态、共振频率进行了分析计算,仿真结果表明矩形板压电振子能够形成振型清晰的B32和B23振动模态,模态频率分别为49.127 kHz和49.756 kHz.对压电振子上每个凸起与球形转子之间的接触点的运动轨迹进行了计算机仿真,并对仿真结果进行了试验验证.分析结果表明各接触点能有效形成时序合理的椭圆运动轨迹,作为支撑足的一组凸起的变形量占作为驱动足的一组凸起的变形量的30%,能够用于驱动球形转子形成二自由度转动.仿真分析和试验结果证明了二自由度球面马达球形转子形成二维运动的作用机理.     

井下振动器动力学建模及振动特性分析

根据油井的径向尺寸大小和油藏的分布特点,设计了径向尺寸小于100mm的低频弯张式振动器的壳体结构。在振动器的受力分析基础上,根据Hamiltion原理建立了拟球壳结构振动器的振动方程,进而推导了振动器的法向位移、切向位移、弯矩、振幅比和谐振频率等动力学参数的表达式。最后实例分析了振动器的谐振频率和振动模态,该频率和模态符合振动采油的要求,表明了设计井下低频采油振动器是可行的及所建立的振动器动力学方程是正确的。     

随机角振动控制系统研究

通过对随机角振动控制系统的研究,实现了随机控制技术在角振动上的广泛应用。利用设置的参考谱与反馈的响应信号功率谱来修正驱动谱,根据驱动谱产生驱动信号,利用驱动信号与反馈的响应信号实时精准地控制角振动台进行角振动,最终实现响应谱稳定在参考谱容差带范围以内。通过构建出控制系统,分析控制算法,解决了角振动台实现随机角振动的问题。实验验证了控制算法的可行性和控制系统的可靠性,完成了角振动台转动的角速度和角加速度的功率谱复现。     

低频电磁振动台非均匀气隙磁场优化设计

针对大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度参数非线性导致振动激励信号产生失真的问题,在电磁振动台机电耦合模型分析基础上,采用电路等效原理建立大行程磁路简化数学模型,并基于Ansys Maxwell软件对气隙磁感应强度的非均匀分布特性进行仿真分析。基于连续混合整数非线性规划算法,分别仿真分析不同内磁轭母线轮廓及端面结构非线性参数对应的气隙磁感应强度分布特性,得到具有最小不均匀度的变气隙及变截面磁路最优解。仿真结果表明:变气隙和变截面结构分别将优化前25.95%的不均匀度降低到7.09%和2.70%,变截面结构具有更好的优化效果。设计的优化磁路结构可有效改善大行程低频电磁振动台气隙磁感应强度的非线性,降低输出振动信号的失真度,提高低频振动校准精度。