基于有限元分析内部裂纹对球轴承外圈振动特征的影响

内部裂纹将减小轴承外圈的局部刚度,影响其模态参数并改变其振动特征。针对该问题,以球轴承外圈为研究对象,利用有限元法建立正常和含内部裂纹轴承外圈的有限元模型,分析裂纹对轴承外圈固有频率、模态振型及其曲率特征的影响。结果表明:裂纹使轴承外圈的固有频率减小,并改变其模态振型和曲率特征;在裂纹所在区域,轴承外圈模态振型曲率存在明显的突变现象。     

裂纹齿轮动力特性分析与模拟

建立了齿轮的动力学模型 ,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的动力特性 (固有频率、振型等 ) ,并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟 ,指出裂纹发生位置对齿轮轮齿振型影响较大 ,在裂纹发生处振型发生突变 ;而裂纹尺寸对其振型和固有频率影响都较大 ,当出现裂纹后固有频率发生下降 ,振型也发生变化 ,随着裂纹尺寸增加 ,固有频率下降更加显著 ,各阶幅值下降大小不一 ,振型也与无裂纹的情况完全不同。这对齿轮的损伤监测和诊断具有重要价值     

裂纹对齿轮轮齿结构振动的影响

建立具有裂纹的齿轮轮齿的动力学模型，分析齿轮轮齿发生裂纹后轮齿结构的动力响应及动力特性，并对裂纹出现位置和裂纹尺寸对齿轮结构动力特性的影响进行深入探讨；通过分析计算和有限元数值模拟验证表明，裂纹发生位置对齿轮轮齿振型影响较大，在裂纹发生处振型发生突变；而裂纹大小对其振型和固有频率影响都较大，当裂纹出现后齿轮固有频率发生下降，振型也发生变化，随着裂纹深度的增加，固有频率更加下降，低阶下降显著，而高阶下降缓慢，振型也与无裂纹的情形完全不同。这显示出裂纹对齿轮轮齿结构振动的影响随裂纹尺寸的增加而强烈。     

含垂直裂纹的简支梁自由振动分析

裂纹将改变梁结构局部刚度,导致其结构模态参数变化,影响结构工作特性。针对这个问题,以简支梁为研究对象,采用有限元分析方法,建立含垂直内部裂纹的简支梁有限元模型,研究垂直内部裂纹的长度和位置对简支梁的固有频率和振型的影响规律。讨论垂直内部裂纹简支梁振动曲率与裂纹长度和位置的关系。结果表明,随着裂纹长度的增加,简支梁的固有频率减小,裂纹简支梁与健康简支梁之间的差异逐渐增加;垂直内部裂纹将导致简支梁在裂纹所在截面附件的局部刚度发生变化,且裂纹的影响区域随着裂纹长度的增加而增加;振型的曲率可以用于识别简支梁垂直内部裂纹位置。     

人字齿轮功率二分支传动系统模态跃迁现象

模态跃迁会导致人字齿轮功率二分支传动系统的动力学特性剧烈变化,因此,在该类系统的动态设计过程中,必须对模态跃迁现象进行分析。建立了人字齿轮功率二分支传动系统扭转振动模型和扭转自由振动微分方程,通过分析计算系统扭转振动固有频率和模态振型,将人字齿轮功率二分支传动系统扭转振动模式归纳为耦合振动模式和分支齿轮振动模式两类模态振型。在此基础上,研究了人字齿轮功率二分支传动系统扭转振动的模态跃迁现象,确定了系统扭转振动固有频率轨迹发生模态跃迁现象的准则:对于耦合振动模式和分支齿轮振动模式,不同类型模态振型之间不会发生模态跃迁,同类型的模态振型之间将会发生模态跃迁。最后,通过实例计算验证了所提出模态跃迁准则的准确性。     

基于ANSYS含齿根裂纹斜齿圆柱齿轮模态分析

采用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了有裂纹和无裂纹斜齿圆柱齿轮三维模型,运用有限元方法研究了不同尺寸齿根裂纹对齿轮结构固有特性的影响。结果表明:当裂纹发生时,裂纹齿轮刚度损伤较大,致使齿轮的固有频率有所降低,低阶固有频率变化梯度大于高阶固有频率变化梯度,裂纹对相应的各阶主振型影响不明显。     

轴裂纹故障对齿轮耦合系统固有特性的影响

利用SolidWorks软件建立了齿轮-轴系耦合系统的模型,将其导入ABAQUS软件进行模态分析,用Lanczos法提取系统前九阶固有频率和振型,预估结构的振动特性,对系统的动态响应分析提供了理论基础。在从动齿轮轴上定义crack seam,建立了带有裂纹轴的齿轮耦合系统的有限元模型,并分析了其固有振动特性。对比正常耦合系统,分析了裂纹对齿轮耦合系统的固有特性的影响。结果表明,齿轮轴出现裂纹后固有频率降低,对振型的影响也较大,为齿轮轴裂纹故障的监测和识别提供了一定的理论参考。     

受弯梁中开裂纹的位置识别与分析

利用有限元计算判定受弯梁中开裂纹的位置 ,从中得出 :同正常梁相比 ,裂纹梁的固有频率与振型的变化不但与裂纹深度而且与裂纹位置有关 ,因而 ,通过裂纹梁低阶固有频率及振型的变化情况可以判定裂纹的位置。对于裂纹较浅的情况 ,直接利用振型与固有频率的变化很难判定裂纹的位置 ,必须借用一些特征参数来提高识别的敏感性 ,这样 ,裂纹梁中早期裂纹的识别也是可行的     

裂纹方向对齿轮动力特性及动态应力影响的研究

利用参数化方程在PROE中建立了不同裂纹起始角度的裂纹齿轮模型,并分析了不同裂纹起始角度对齿轮结构固有频率和振型的影响。在此基础上,利用ANSYS软件对含有不同裂纹起始角度的齿轮进行了应力分析,并对其轮齿应力场进行了比较研究。结果表明:齿根发生裂纹时不同裂纹角度对齿轮低阶固有频率影响较小,而对高阶固有频率影响较大。分度圆发生裂纹时不同裂纹角度对齿轮固有频率影响不是很明显。同等裂纹深度下,随着裂纹角度的增加,齿根处应力明显增加。这说明当轮齿出现裂纹时,如果裂纹角度比较大,则轮齿更容易破坏。这为裂纹齿轮的强度计算和工作性能分析提供了依据。     

减速器直齿圆柱齿轮有限元模态分析

研究了齿轮的固有振动特性,运用Pro/E软件建立了直齿圆柱齿轮的参数化模型,通过与有限元分析软件ANSYS Workbench的无缝接口将其导入进行模态分析,得出齿轮的固有频率和主振型。通过模态分析可知,在齿轮结构设计中,应避开系统的固有频率,从而避免齿轮在工作中发生共振而使传动系统产生故障,同时模态分析也为齿轮其他动力学分析提供了依据。     

蜗线齿轮有限元模态分析

基于齿廓法线法在三维建模软件Pro/E中建立了不同阶数的蜗线齿轮的几何模型,并导入有限元分析软件ANSYS中,建立各蜗线齿轮的有限元模型。分别对其进行模态分析,并得到其前七阶固有频率和振型图,提取齿轮的各阶模态振型图进行分析并分析蜗线齿轮的基本振型,讨论不同齿轮阶数与模数下各模态固有频率的变化规律并分析原因。该模态分析为选择蜗线齿轮的设计参数提供了参考依据,为该齿轮传动系统的振动特性分析、振动故障诊断与预报以及齿轮的动力学特性分析提供理论支持。     

椭圆齿轮有限元模态分析

应用弹性力学有限元理论,采用有限元分析软件COSMOSWorks对椭圆齿轮进行模态分析,得到了椭圆齿轮的5个低阶固有振动频率和模态振型,并对椭圆齿轮偏心率对固有振动频率和模态振型的影响进行了对比分析.结果表明,偏心率的大小对椭圆齿轮固有频率的大小有较大影响.     

裂纹对弧齿锥齿轮固有特性的影响分析

笔者基于空间啮合理论,建立了弧齿锥齿轮齿面方程,采用Pro/E软件建立了无裂纹和有裂纹的弧齿锥齿轮三维模型,用有限元法研究了不同位置、不同大小的裂纹对齿轮结构固有特性的影响。研究表明:裂纹齿轮的固有频率要比无裂纹齿轮有所降低,且裂纹位于齿槽处时固有频率下降量最大;随着裂纹深度的增加,固有频率呈非线性下降,但振型最大值呈逐渐上升趋势。     

运用曲率模态技术的木梁损伤定量识别

为对木结构构件局部缺陷进行有效检测,结合试验模态分析和有限元模拟方法,对含不同位置、大小和数量孔洞缺陷的木梁进行研究,计算其第1阶位移模态振型和曲率模态,分析木梁损伤前后的曲率模态变化,探讨模态分析方法在木材缺陷检测中的适用性.研究结果表明:曲率模态是一个对木梁损伤比较敏感的参数,可用于对孔洞位置、大小及数量进行定量的估计;通过降低有限元模型局部单元的弹性模量能够较好地模拟木梁损伤,有限元模态分析和试验模态分析得到的位移模态振型及曲率模态吻合均较好,验证了模态分析对木梁无损检测是一种有效的方法.     

基于Solid Works和ANSYS某舵机齿轮装配体模态分析

固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参考指标,模态分析可以确定一个结构的固有频率和振型。基于Solid Works及其插件Gear Trax对齿轮装配体进行三维参数化设计,然后通过特殊接口导入ANSYS中,对其模态进行有限元求解。针对静态线性模态分析方法不能满足高速旋转和频繁变速工况的实际问题,通过求解两种临界状态的固有频率,从而确定该系统固有频率的范围,有效地解决了类似问题。     

基于应变模态的液压卡箍松动识别与定位

针对液压管路卡箍松动故障,提出一种基于应变模态变化的卡箍松动识别与定位方法。利用有限元仿真对卡箍在正常安装与松动情况下管道固有频率及应变模态进行分析,并设计基于光纤光栅的应变模态实验测量系统,获取卡箍松动前后的固有频率与应变模态振型并分析其变化规律。结果表明:卡箍松动导致固有频率下降,低阶应变模态振型发生变化,且松动位置附近变化最为显著。根据固有频率与实验应变模态振型的变化可对卡箍松动故障进行识别与定位。     

矩形薄板通透开裂缝对固有频率和模态的影响分析

针对四边固支矩形板薄受到通透开裂影响,引起模态中固有频率和模态振型变化的问题,对两种开裂位置中不同开裂长度进行了研究。首先,应用ANSYS软件建立有限元模型;然后,对开裂裂缝平行于薄板短边且位于板中心(对称开裂)和不位于板中心(不对称开裂)的各25种裂缝长度进行了仿真计算,获得了薄板的固有频率和模态振型。分析结果表明,裂缝的长度和位置影响矩形薄板的固有频率和振型;开裂的缝长和开裂中心位于节线上或者附近是产生模态交叉的两个重要因素,可为板结构开裂的检测提供依据。     

复合材料板分层损伤识别的曲率模态差法

以单侧固支的分层损伤复合材料层合板为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS得到层合板结构振型位移分析数据,针对分层损伤进行了曲率模态分析。分析结果表明,在层板内一个区域存在分层损伤的情况下,其振型与频率的变化非常小,难以用于判断损伤位置,但分层损伤区域的曲率模态差值变化显著,采用曲率模态差法可以对层合板结构分层损伤位置进行准确判定。     

带有任意边缘裂纹的自由圆板流固耦合动力特性

提出一种基于Rayleigh-Ritz法,分析带有任意深度、任意角度边缘裂纹的自由圆板流固耦合动力特性的方法,其中,圆板被置于无限大障板中并与单面无限大水域相临。采用同时包含对称和反对称模态振型函数的位移基函数表达带有任意边缘裂纹圆板自由振动的位移;在水体无旋、无粘、不可压假设的基础上,根据Green函数法获得水体的附加质量密度,并基于Ritz过程获得裂纹圆板湿模态对应的固有频率和振型。在与ANSYS数值仿真结果进行对比并验证方法的有效性和精度后,分析水体对带有不同深度和不同角度边缘裂纹的自由圆板动力特性的影响。计算结果表明:水体引起的固有频率降低率整体上随模态阶数的增加而减小,而裂纹深度与角度对固有频率降低率的影响较小;裂纹的出现会增大干、湿振型的差别,某些高阶模态的干、湿振型差别较大。     

渐开线弧齿圆柱齿轮有限元模态分析

为了改善渐开线弧齿圆柱齿轮的工作状态,避免其在传动系统中因激励而产生共振,建立弧齿轮的三维模型并导入ANSYS Workbench进行有限元模态分析。对渐开线弧齿圆柱齿轮的振动特性进行研究,从而分析获得该齿轮在低阶模态下的主振型和固有频率。分析不同参数下固有频率的变化规律,为齿轮设计参数提供了参考依据,为该齿轮传动系统的振动特性分析、振动故障诊断与预报以及齿轮的动力学特性分析提供理论支持。