汽车轴系强迫扭转振动模型的建立及分析

扭转振动是汽车传动系设计的强度问题中,必须考虑的常规内容之一。由于计算及分析手段的进步,如今重点工作是探求惯量,阻尼,刚度等原始参数的精确化。而这个问题,又牵涉到轴系物理模型的精确化。参照内燃机轴系模型的建立方法,建立某型汽车传动系扭转振动模型。通过实验检测,证明建模方法和模型本身的正确性。     

涂层界面刚度的超声数值仿真检测

针对涂层结合界面刚度在非破坏条件下难以精确测量的问题,提出了一种超声检测特征参量表征刚度系数的方法。利用声波在n层各向同性介质中的反射、透射原理,结合界面的弹簧模型,建立了多层介质界面刚度系数的超声检测数学模型。基体选用钢、铸铁、铝合金,表面选用不同喷涂工艺得到的Al2O3陶瓷涂层,获得了不同界面刚度系数的超声反射频谱。仿真结果表明:分离界面和理想界面时,谐振频率都具有周期性,但周期大小不同;弱结合界面时,随着界面的刚度系数逐渐增加,谐振频率逐渐增多,这些谐振频率均向高频方向移动。与频率较高处相比,频率较低处的谐振频率随着刚度系数的增加向高频移动的速度更快。因此建立了第一个谐振频率与刚度系数之间的关系。在同一刚度系数下,由谐振频率与材料的特性阻抗关系获得如下规律:当涂层材料不变时,谐振频率随着基体特性阻抗的增大而增大;当基体材料不变时,谐振频率随着涂层特性阻抗的增大而减小。给出了以指数函数形式拟合的刚度系数与谐振频率的变化曲线。通过对该指数函数参数与材料特性阻抗之间关系的分析,获得了弱界面时谐振频率与刚度系数和材料特性阻抗三者之间的函数表达式。该方法为涂层复合材料弱界面的超声检测提供了理论支持。     

计及减振器非线性阻尼的自行火炮车体振动试验及数值模拟

为了研究减振器的非线性阻尼特性对轮式自行火炮连发射击过程中车体振动的影响,基于流体力学和液压基本理论,通过建立减振器的非线性阻尼求解模型,得到减振器阻尼及刚度系数表达式。针对某轮式自行火炮的具体结构特点,推导由减振器引起的悬挂等效阻尼系数和等效刚度系数表达式。同时,对轮式自行火炮连发射击时车体振动进行试验测试。在理论研究和试验研究基础上,对减振器阻尼及刚度系数采用线性和非线性表达式两种状态进行了数值建模模拟。结果表明,考虑非线性阻尼及刚度系数仿真结果与试验结果吻合较好,而采用线性阻尼及刚度系数仿真结果与试验结果存在较大的误差。研究结果表明减振器非线性阻尼及刚度系数对轮式自行火炮车体振动具有较大影响。所述方法可以推广到其他火炮车体振动仿真研究中。     

门上设置弹簧与阻尼器的防护门抗爆性能的理论与数值分析

采用理论与数值分析方法研究在门上设置弹簧和阻尼器提高防护门抗力的可行性及有效性。首先,利用第二类Lagrange方程,建立了门体上设置弹簧和阻尼器结构的三自由度等效体系简化分析模型,系统研究了刚度系数、阻尼系数和质量比对防护门动力响应的影响特点与规律,结果表明:仅在刚度系数和阻尼系数较小的情况下,上述措施可以有效降低防护门的跨中位移,但此时门上辅助结构的位移太大;在刚度系数较大而阻尼系数较小的情况下,防护门与门上辅助结构之间存在共振现象;在刚度系数和阻尼系数都足够大的情况下,上述措施作用仍然十分有限。其次,对典型的防护门结构进一步进行了精细化非线性有限元分析,计算结果再一次表明门上设置弹簧和阻尼器难以有效提高防护门抵抗核爆和化爆荷载的能力。     

线弹性土壤中埋设悬跨管道的屈曲分析

建立了两端埋设在线弹性土壤中的悬跨管道的屈曲方程。利用细长梁小挠度理论,建立了含有轴向压力的悬跨段和埋设段管道的弯曲控制方程。基于埋设段管道的刚度和变形特性,建立了符合悬跨段管道实际情况的边界条件。导出了悬跨段管道对称屈曲和反对称屈曲的屈曲载荷方程,通过数值求解给出了不同土壤刚度系数条件下悬跨段管道屈曲载荷。研究表明:悬跨段管道的屈曲载荷系数依赖于土壤刚度系数,简支梁模型只在特定的土壤刚度系数下适用于悬跨管道;在土壤刚度系数很大时,两端固支梁模型才能反映悬跨管道的屈曲特性。建议采用该方法进行埋设悬跨管道的屈曲分析。     

泡沫材料动刚度及阻尼系数的声阻抗管测量方法研究

提出了泡沫材料动刚度和阻尼系数的声学测量分析模型,建立了相应的实验测量系统。对2种铝板泡沫缓冲结构的动刚度和阻尼系数进行了实验测量和计算分析,结果表明:可以根据声阻抗的测量结果,分析计算得到泡沫材料的动刚度和阻尼系数;铝板泡沫缓冲结构中铝板的质量越大,相应的共振频率越低,共振峰值也越高;对于泡沫材料相同、铝板质量不同的铝板泡沫缓冲结构,通过声阻抗曲线得到的动刚度及阻尼系数分别基本相同;考虑泡沫材料质量的影响,可以得到更准确的计算结果。     

黏滞阻尼器联合负刚度对斜拉索减振控制的增效研究EI北大核心CSCD

阻尼器的负刚度特性有助于提升其对斜拉索的减振效果,为探究负刚度装置(NS)对黏滞阻尼器(VD)应用于斜拉索减振控制的增效作用,开展了VD联合NS对斜拉索减振控制的增效研究。采用复模态分析方法获得了斜拉索-VD-NS耦合系统的特征方程,并进一步推导了斜拉索附加模态阻尼比的近似解;分析了NS的负刚度系数和安装高度对斜拉索模态阻尼比和振动频率的影响;基于输出反馈的LQR控制,获得了给定负刚度系数时VD对斜拉索多阶模态减振控制的最优参数,进而研究了负刚度系数和NS安装高度对斜拉索多阶模态振动控制的增效作用。研究结果表明:增加NS的负刚度系数或安装高度均有助于提升VD对斜拉索单阶模态和多阶模态减振效果,同时减小了VD的最优阻尼系数;NS对VD减振性能的提升归功于负刚度系数或NS安装高度的增大对VD位移幅值的放大效应,提升了VD的耗能能力。     

隔振器动力学参数的测试方法研究

阻尼系数和刚度系数是隔振设计中分析隔振器性能的重要参数,其测试技术是确定相应数值的有效途径。针对大阻尼粘性流体微振动隔振器,提出一种测试多参数模型阻尼系数和刚度系数的简化测试方法。应用机械阻抗等效将多参数模型简化为便于测试的两参数模型,通过自行设计相应的试验测试平台,对等效参数及隔振器各组件刚度系数进行测试。将数据处理所得振动模型数据输入到Simulink仿真模型中,得到隔振器整体等效阻尼系数和等效刚度系数,并与试验直接采用迟滞环法得到的对应参数进行比较,二者相对误差均在5%以内,有效地证明了本方法的可行性与可用性。本方法突出的优点为它还可以得到阻尼系数和刚度系数随频率的变化规律,对于隔振设计具有重要的参考价值。     

高刚度高阻尼结构试验研究

利用预置变形碳纤维梁、螺旋弹簧、碟簧和橡胶块构成一种高刚度高阻尼结构,其承载刚度和阻尼均较大。为了便于对高刚度高阻尼结构的力学性能进行评价,提出技术指标,即:等效弹性模量、等效阻尼系数和等效刚度系数。在此基础上,设计静动态力学试验,验证高刚度高阻尼结构设计方法的有效性并评价其力学性能。试验结果表明,高刚度高阻尼结构的等效弹性模量显著大于单个预置变形碳纤维梁;等效阻尼系数随着频率增大而减小,等效刚度系数随着频率增大而增大,分别大于104 Ns/m和107 N/m。由此证明,高刚度高阻尼结构的设计方法有效,且实现了输出刚度和阻尼均较大的设计目标。     

大型变压器绕组刚度系数的动力修改方法

鉴于变压器绕组刚度及阻尼特性的复杂性，提出了一种确定变压器绕组刚度系数的新方法。该方法应用模态分析中的结构动力修改与灵敏度分析理论，采用理论分析和实验相结合的方法确定变压器绕组刚度系数。由该方法确定的刚度系数既包括了绕组垫块及端圈刚度的非线性特性，又考虑了诸多材质，结构，制造，安装，环境等理论上难以考虑的影响因素。经理论分析与实验验证，证明该方法是正确、有效的，可作为变压器绕组设计，结构特性重分析及故障诊断的依据。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

一类桥式直接耦合柔性机构的刚度与应力分析

分析了一类桥式直接耦合柔性机构的精确的刚度和应力模型.分别采用伪刚体模型和卡氏第二定理推导了该柔性机构理论刚度模型,利用两个理论模型与有限元模型的结果进行对比,并采用正交实验法全面分析了柔性铰链的寄生刚度和旋转刚度的精度对其刚度性能的影响.研究结果表明：该柔性机构的寄生刚度影响较小,误差贡献率小于3%;旋转刚度的精度影响较大,通过选择精确的旋转刚度公式可以得到精确的理论刚度模型,同有限元结果相比其误差在t/r〈0.65范围内小于8%;与设计实验及其对应的有限元结果的误差分别为4%和3.96%,验证了刚度模型的正确性.基于刚度模型推导了该柔性机构的应力模型,运用正交实验法与有限元结果进行对比,误差小于4%,验证了应力模型的正确性.     

Application of the symbolic mathematics system to the finite element program

The stiffness matrix of a 4-nodes insoparametric element for the two dimensional finite element analysis is evaluated using the symbolic mathematics systems, called REDUCE. The results are compared with those obtained by numerical integration. It is shown that there exist some differences between the numerical values of the stiffness matrix by symbolic and numerical integrations. The differences become smaller as the integration points of the numerical integration increases, which means that the results obtained by symbolic integration give accurate values. The stiffness matrix in elastic-plastic state is also evaluated using symbolic mathematics, and it is shown that the results agree with those obtained by numerical integration. It is pointed out that there is a possibility to decrease the CPU time by using the symbolic mathematics system.     

多层堆叠式永磁动力减振刀杆设计与仿真分析EI北大核心CSCD

针对大长径比刀杆中传统动力减振器的橡胶疲劳老化、阻尼液易泄露、刚度和阻尼难以精准设计等问题,设计了一种利用磁刚度和电涡流阻尼提供刚度和阻尼的多层堆叠式永磁动力减振器,实现了刚度和阻尼的独立精准设计。独特的堆叠式结构可以在相同体积下提供更大的磁刚度和电涡流阻尼,保证多层堆叠式永磁动力减振器达到最优减振条件。分别建立了多层堆叠式永磁动力减振器中磁刚度和电涡流阻尼的理论计算模型,并利用MATLAB软件和Maxwell电磁仿真软件分别探究了磁刚度和电涡流阻尼与多层堆叠式永磁动力减振器各部分尺寸参数之间的关系。最后利用MATLAB软件分别对安装多层堆叠式永磁动力减振器的刀杆和等尺寸实心刀杆进行仿真分析。结果表明,安装多层堆叠式永磁动力减振器后刀杆的频响函数幅值最大值下降91.1%。     

中厚椭球壳自由振动动力刚度法分析

介绍精确动力刚度法分析中厚椭球壳自由振动具体实施方法,据环向波数不同将中厚椭球壳自由振动分解为一系列确定环向波数的一维振动;利用控制方程Hamilton形式建立动力刚度关系,用常微分方程求解器COLSYS求解控制方程获得单元动力刚度,用Wittrick-Williams算法求得该环向波数下椭球壳自振频率。数值算例给出中厚圆球壳及椭球壳不同边界条件的自振频率,验证动力刚度法高效、可靠、精确。     

Determination of anisotropic elastic moduli of Zr-2.5Nb CANDU pressure tube materials

In order to determine the elastic stiffness of Zr-2.5Nb CANDU pressure tube materials, the resonance frequencies of a rectangular parallelepiped specimen were measured and compared with the calculated resonance frequencies based on the input data of estimated stiffness of a polycrystalline Zr-2.5Nb specimen, dimensions and density. The estimated elastic stiffness was determined using its orientation distribution function measured by x-ray diffraction and the reported elastic stiffness of a zirconium single crystal. Through comparison of calculated frequencies with that measured by resonance ultrasound spectroscopy, accurate elastic stiffness has been determined by iteration and convergence processes.     

Minimization of the discretization error in mass and stiffness formulations by an inverse method

This paper is concerned with the formulation of mass and stiffness matrices. In the direct approach one uses assumed shape functions to develop the mass and stiffness terms. Alternatively, we may construct the matrices by using an inverse approach; the terms are assigned so that the difference between an analytical model and a numerical (discrete) one is minimized. Here we show that more accurate models can be obtained by the latter approach. The accuracy of rod, beam and plate elements that have been developed by both of the approaches are discussed, and an accurate model of a rectangular plate is obtained by using the inverse method. The superior performance of the new element compared to other established models is demonstrated for the cases of static and dynamic response of a clamped plate. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Analysis of cracked anisotropic plates using the hybrid finite element method

This paper presents a convenient and efficient method to obtain accurate stress intensity factors for cracked anisotropic plates. In this method, a complex variable formulation in conjunction with a hybrid displacement finite element scheme is used to carry out the stiffness and stress calculations of finite cracked plates subjected to general boundary and loading conditions. Unlike other numerical methods used for local analysis such as the boundary element method, the present method results in a symmetric stiffness matrix, which can be directly incorporated into the stiffness matrix representing other structural parts modeled by conventional finite elements. Therefore, the present method is ideally suited for modeling cracked plates in a large complex structure.     

An analytical modelling technique for predicting the stiffness of 3-D orthotropic laminated fabric composites

A new analytical modelling approach for the prediction of the stiffness of 3-D orthotropic laminated composites is given. The composite, which consists of stacked orthotropic layers which are in turn composed of a number of parallel unidirectional stripes, is assumed to be homogeneous and orthotropic macroscopically. The technique introduced is to discretise the representative unit cell of the composite into slices (layers) and then stripes (elements). The stiffness of each slice can then be obtained under the condition of isostrain or isostress. The final stiffness of the composite is formulated analytically by combining these slices. The model eliminates the inconsistency between macro- and micro-level strains and gives more realistic distributions of strain for the representative unit cell. The results demonstrate that the present model, which is both simple and computationally efficient, can give a very accurate prediction compared with data from experiments and some existing models.     

缓冲包装设计中考虑外包装箱的理论分析

通过对传统缓冲包装设计方法的分析,提出了存在的问题;采用模态分析法研究了在缓冲设计中考虑外包装箱的缓冲作用,为合理设计缓冲结构提供理论依据.