平面折展机构平面弹簧的设计与分析

针对常规平面弹簧变形过程中运动端容易产生周向旋转从而造成振动和磨损的问题,设计了一种基于LEMs的平面弹簧,该弹簧由平面薄板加工成形且能实现平面外运动,具有体积小、易加工,结构简单及变形过程中运动端不发生周向旋转等优点。首先,基于悬臂梁模型和伪刚体模型分别推导了LEMs平面弹簧的刚度计算公式。其次,为验证所推导公式的正确性,建立了LEMs平面弹簧的ANSYS仿真模型,并将有限元分析结果与上述两种理论模型的计算结果进行了对比。结果表明,在变形较小的情况下由悬臂梁模型所推导的公式计算精度更高,在变形较大的情况下使用由伪刚体模型所推导的公式更为合适。最后,通过大量实例分析推导了两个公式的适用范围,并用一组数值算例证明了其正确性。     

考虑边界条件的弹性长方体封闭结构腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,建立由2块四边弹性支承的弹性板及4块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导腔体外辐射声场的解析解.该模型考虑两弹性板之间以及弹性板与腔体内声场之间的耦合.算例表明,低频段时两弹性板之间为弱耦合,辐射声场主要由受到外激励的结构所决定;支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧大.同时,运用有限元法计算腔体内的声模态和弹性板的振动模态及其耦合系数,结合边界元法计算出腔体外的声压响应,并将此数值仿真结果与前面导出的解析结果进行比较,理论推导的正确性得到验证.     

任意边界条件的弹性长方体封闭腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利一李兹方法,建立了由1块四边弹性支承的弹性板及5块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导了腔体外辐射声场的解析解.该模型考虑了任意边界条件下的弹性板与腔体内声场之间的耦合.将仿真计算结果与实验结果进行比较,验证了理论推导的正确性.算例表明:低频段时支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧的大.     

任意边界条件的弹性长方体封闭腔辐射声场分析

在弹性板边界施加假想的弹簧系统模拟板的不同边界条件,利用汉密尔顿函数和瑞利—李兹方法,建立了由1块四边弹性支承的弹性板及5块刚性板构成的封闭矩形腔外的辐射声场模型,推导了腔体外辐射声场的解析解。该模型考虑了任意边界条件下的弹性板与腔体内声场之间的耦合。将仿真计算结果与实验结果进行比较,验证了理论推导的正确性。算例表明:低频段时支承板的线弹簧的刚度变化对辐射声场的影响较旋转弹簧的大。     

三相交流永磁同步电动机电磁振动的理论建模与分析

交流永磁同步电机效率高、寿命长、运行可靠、维护简单,是未来调速电机重要的发展方向之一,对其电磁振动建模分析是研发低噪音交流永磁同步电机的基础。从永磁同步电机的结构出发,推导了三相交流永磁同步电机的磁密、径向电磁力以及振动的理论模型,从理论角度对永磁同步电机电磁振动的影响因素进行了分析,并给出了电机电磁振动的主要频率。通过理论建模和仿真分析得出,当永磁同步电机槽数接近2倍、4倍、6倍或8倍电机极对数时,电机产生振动频率为2倍、4倍或6倍基波频率的振动。这一结果的提出为设计同类型的永磁同步电机提供了参考依据。     

小型悬臂梁结构振动参数交互辨识方法

介绍了针对于小型悬臂梁结构振动参数辨识的交互方法,通过有限元计算结果和模态试验结果的相互修正,能减小传感器附加质量和有限元建模不准确对悬臂梁结构振动参数的辨识结果引入的误差,使得修正后的结果与结构实际振动参数更为接近.典型算例给出了方法的具体流程.     

扭杆弹簧受短波冲击的响应研究

应用扭杆弹簧的波动传递特性,探讨单自由度系统受短波冲击的求解方法。在考虑扭杆弹簧的具体结构的情况下,对单自由度系统进行建模,与古典振动理论的建模方法进行比较。给出一个算例,得到了三种方法的响应结果。并对它们的响应进行分析,探讨了扭杆弹簧刚度变化对响应的影响。     

利用局部振动频率识别框架结构构件刚度参数

鉴于依据结构整体动力反应很难准确识别结构局部构件的物理参数,提出了结构局部激振检测方法,既对结构局部进行激振,依据结构局部激振反应提取其固有频率,再利用此固有频率运用方法识别结构局部构件的物理参数。本文将框架结构中的梁柱简化为两端有弹性约束、具有等刚度和等分布质量的杆件模型,推导了这一模型的频率特征方程,并进一步分析了两端弹性约束对其振动固有频率的影响。仿真算例表明：在固有频率误差较小的情况下,本文方法可准确地给出构件抗弯刚度和边界条件。     

空间可展薄膜阵列天线构型设计与验证

面向空间天线大型化、轻量化需求,设计了杆膜一体卷曲展开薄膜阵列天线可展结构,实现了我国首个薄膜阵列天线在轨验证。首先,采用瑞利-里兹法建立了考虑张力作用的薄膜天线一阶弯、扭、摆振动频率近似解析模型,推导了薄膜天线框架结构的一阶扭转振动频率近似解,指导了薄膜天线结构动力学特性的快速分析与参数设计,相比于非线性有限元法,具有高效便捷的特点。其次,研究了薄膜天线主梁截面半径、框架长宽比、张力大小等特性参数对天线振动频率的影响,给出了结构参数的优选范围,通过仿真和试验方法验证了参数设计的合理性。最后,介绍了薄膜天线在轨展开验证情况,试验表明在卫星姿态机动扰动下天线结构保持稳定,验证了结构设计的可行性。     

智能悬臂梁横向振动的行波解

介绍智能梁的行波建模方法及其横向振动固有频率的计算方法.行波建模方法主要步骤包括,①求出Timoshenko梁横向振动方程的谐波解.②根据弯曲波的传播特性,给出弯曲波的传递关系;在智能梁上截面尺寸改变处和边界处,根据其连续条件和平衡条件,给出波的反射关系和透射关系.③通过联立智能梁内所有的传递、反射、透射关系,求得整体智能梁的特征方程.文中以智能悬臂梁为算例,通过解析法(包括Timoshenko梁模型和Euler-Bernoulli梁模型)与有限元法得到横向振动频率的比较,验证行波建模方法的有效性.此外,为考虑压电片材料对智能梁整体模型的影响,引入等效弹性模量.     

基于ANSYS的元结构选型与优化

运用有限元理论和有限元分析软件ANSYS。针对传统的元结构选型方法中存在的备选元结构尺寸比例由经验确定、质量不统一等不足,提出了新的选型方法。建立备选元结构的参数化模型,并进行尺寸迭代优化。将优化元结构进行扩展,并分析扩展结构的动态特性。依据扩展结构动态性能的优劣来确定元结构的型式。对两种典型元结构的动态特性进行比较,验证了新方法的可行性。该方法使元结构的选型更准确,并完善了基于元结构的机床结构动态优化的过程,     

螺旋铣孔主轴单元的精度分配

基于螺旋铣孔的加工原理设计了螺旋铣孔专用主轴单元,为提高整个单元的精度,对主轴单元的关键部件在设计阶段早期进行了精度分配。对影响孔精度的主要因素进行了分析,分别使用改进的统计方法和遗传算法建立了精度分配模型,统计模型中考虑了权重影响系数和精度储备系数,从刀尖的位置和定位误差角度对主轴单元进行了精度分配。     

基于边界元法的混联数控机床整机结构动态特性解析

基于边界元法研究混联数控机床整机结构动态特性的解析和建模方法。首先采用粱单元、集中质量单元、弹簧单元及结合部单元建立混联机床整机结构动力学模型，基于边界元方法建立各单元的动力学方程式，通过单元合成方法推导出混联数控机床整机结构动力学方程，用频率扫描法得到整机结构的固有频率。基于所建立混联机床结构动态特性解析方法，开发相应的整机动态特性解析软件，实验证明，所建立混联机床整机动态特性解析方法及开发的软件是可靠的，不仅可以为混联数控机床加工过程中回避薄弱位姿状态提供依据，而且可以为混联数控机床的结构设计提供理论依据，对提高混联数控机床的设计水平具有重要意义。     

基于单元化建模的换热器管板系列化设计

首先阐述了单元化建模基本思想,参数化拼接原理,给出了图形单元的分类,然后建立了描述系列化浮头式换热器管板布管区的数据结构,创建了相应的数学模型,采用AutoCAD二次开发技术,在VisualC＋＋6,0和ObjectARX的环境下结合具体图例介绍了单元化建模及参数化拼接原理的实现过程,最后利用该系统中的图形单元建模技术进行实例研究。实践证明,这是一种行之有效的设计方法。     

基于子结构阻抗匹配与优化拟合的高精度磨床整机动力学建模研究

基于分布质量 Riccati传递矩阵法和有限元法 ,分析了高精度内圆磨床的自由转子和由床身、工作台等部件所组成的基础的动态性能。根据阻抗匹配原理 ,建立了由转子—轴承—基础所组成的整机动力学模型。通过整台机床的试验模态分析 ,采用参数优化拟合修正动力学模型 ,并计算出滚动轴承刚度 ,为整机动态性能分析优化奠定基础。     

隔离体法在有限元接触分析中的应用

这里针对施加初始预紧力时超高压密封容器有限元整体接触计算不收敛的情况,给出一种近似的计算思路—隔离体法。运用此方法,建立了该容器密封接触计算的等效隔离体模型,并运用有限元软件对该模型进行了计算,同时利用密封线比压判断准则对计算结果进行等效判断。经工程试验验证,计算结果合理,表明该近似方法的有效性。     

转子-轴承系统局部边界参数识别方法

为了提高实际工程中转子系统某一局部结构的动力特性和计算效率,便于局部振动分析并简化系统建模,提出了一种局部约束参数识别方法。考虑系统各部件间的耦合效应,对转子系统的轴和盘片结构进行分解,建立子系统与主系统。通过动力学方程推导,获得局部求解,识别子系统与主系统的边界单元约束刚度与阻尼。通过识别的约束刚度阻尼建立子系统,计算其各个节点的响应,并将其与整体模型的对应节点响应结果进行对比验证,证明了该方法的可行性。该方法为旋转构件局部结构的建模与振动分析提供了便利。     

复刚度循环对称结构特征问题的等效复约束法

根据循环对称粘弹结构的循环对称性，提出了等效复约束法，使得整体循环对称粘弹结构的特征方程对各扇形子结构解耦，通过对任意一个扇形子结构的分析，就可获得整体循环对称粘弹结构的特征对。算例表明本文方法是正确可靠的，可极大地减少计算所需内存和机时，可应用于大型循环对称粘弹结构的动态特征分析。     

机床整机的动态特性分析

采用用户自定义矩阵单元来处理机床结合部的接触问题,在商品化软件平台上建立了机床整机的有限元模型,并对其进行了动态特性的分析。运用该方法来进行结构的性能预测,已用于工厂对机床的结构改进设计中。     

整机结构动力学特性边界元法解析

研究了考虑结合部特性的机床结构动力学特性的系统建模解析方法。将整机结构用梁元件、弹簧元件和集中质量元件来等效,并将结合部特性引入到整机模型中,基于边界元法建立了整机结构的动力学方程,快速地求得了整机结构相应的动力学特性。数值算例与实验结果表明,上述方法不但节约了计算量,而且具有很高的精度,可有效地解决各种复杂系统结构的动力学建模解析问题。上述方法对于提高机床结构的理论计算和设计水平具有十分重要的意义。