基于加加速度的地震模拟振动台控制技术（特约稿）

地震模拟振动台试验是工程结构地震反应模拟和抗震性能观测的直接有效的手段,但由于电液伺服地震模拟振动台系统具有复杂的非线性,当伺服阀90°相移频率与系统油柱共振频率比较接近时,伺服阀特性对振动台系统特性有较大影响,严重影响系统的有效频带范围。现有的电液伺服地震模拟振动台系统的有效频带多为0.4～50 Hz,不足以满足大比例缩尺结构抗震试验的需求。为减小现有电液伺服地震模拟振动台系统的伺服阀特性对系统性能的影响和拓宽振动台系统的有效频带,在三参量控制的基础上,将加加速度反馈信号和加加速度前馈信号引入控制环节,形成一种基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法。对所提出的控制算法的控制效果进行了理论推导和系统仿真分析,揭示了加加速度反馈可降低系统油柱共振频率并减小伺服阀特性对振动台系统性能的影响,而加加速度前馈使得系统的有效频带由三参量控制下的0.35～54 Hz拓宽至0.35～64 Hz,表明所提出的基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法明显改善了地震模拟振动台的控制性能。     

试件特性对地震模拟振动台控制性能影响研究(Ⅱ)——对地震记录再现精度的影响及实时补偿

常规振动台系统共振频率为20 Hz,而试验试件1阶频率最大为8 Hz,在进行地震模拟振动台控制系统设计时将试件视为刚性体,二者存在较大差异.因此,振动控制系统控制频带窄、稳定性差,降低了地震记录再现精度.本文通过系统建模分析了试件质量、频率、阻尼等因素对振动台控制性能的影响.结果表明:试件各阶频率周围频带的输入波再现精度很低,出现不同程度的放大与削弱,最大可达3倍.针对这一问题设计了实时反力补偿算法以修正试件与台面相互作用对控制系统性能的影响,在保证系统稳定性的前提下提高了地震记录的再现精度.     

基于粒子群算法和投影追踪分析的干气密封动态特性优化

干气密封是轴类密封中重要的密封方式之一,尤其适用于对于密封可靠性要求较高的装置中。由于密封气膜与密封环的位置设计关系,浮动环的振动关系着密封气膜刚度值的变化,因此浮动环系统的动态特性影响着干气密封的可靠性。作者提出了一种基于粒子群优化（particle swarm optimization）与投影追踪分析（projection pursuit）相结合的动态特性优化方法;依据工况条件,建立浮动环系统预应力模态分析模型,对实验测试结果进行频谱分析验证模态分析的准确性;实验结果与分析结果证明,为提高干气密封可靠性,需对浮动环系统进行动态特性优化,选取浮动环系统中的轴向设计参数为优化参数,将响应面方法（response surface methodology）与Box-Behnken试验设计相结合分别获得优化目标和约束条件关于优化参数的完整2次多项式响应面模型,实现隐性关系显性化,采用粒子群优化算法以浮动环系统固有频率为优化目标函数,系统静变形为约束进行快速优化,在系统静变形量小于要求值的条件下,使得系统固有频率值增大到142 Hz,与原始固有频率值相比提高了20%,并获得了优化参数与固有频率的正反比关系,最后,通过投影追踪分析得到优化参数对系统固有频率的影响程度;基于粒子群优化算法与投影追踪分析相结合的优化方法将浮动环系统固有频率提高到高于所给工况最高转速8 000 r/min（133 Hz）并理论性获得结构参数对于系统动态特性的影响程度。     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

Analysis of the Relationship Between the Meshing Stiffness and the Inherent Characteristics of Planetary Gear Transmission Mechanism

According to the relationship between the meshing stiffness and the inherent characteristics of a seven-speed three-row coupled planetary transmission mechanism, a equivalent concentrated mass dynamics model of the planetary transmission mechanism is established. The natural frequency of the planetary gear train at a specific gear is calculated and extracted. The relationship between the meshing stiffness of each row and the natural frequency of the system is analyzed, thereby avoiding possible resonance behavior by changing the meshing stiffness. These results show that the meshing stiffness, in its range of possible values, has nearly no effect on the low order natural frequency (<4.000.Hz), and that the time-varying meshing stiffness mainly affects the natural frequencies of the higher- and middle-order parts of the system. Changes of the natural frequencies lead to the change of the system''s corresponding vibration mode, which will change the vibration situation of the system.     

探讨木结构古建筑结构模型固有频率的几种计算方法

结构的固有频率是研究结构动力性能的最基本参数.采用激振锤人工敲击法和有限元软件模态分析法计算出木结构古建筑结构模型的固有频率,并将二者所得结果进行比较;同时,根据振动台试验,提出了一种计算木结构古建筑固有频率的新方法—振动台试验法,给出了计算简图并提出了此方法在实际试验中可能会遇到的几个问题.通过研究表明:人工敲击法测得振动台试验模型震前的固有频率为2.05Hz,比地震最大加速度为100gal震后的固有频率(2.1Hz)略小;ansys有限元软件模态分析的结构一阶固有频率为2.226Hz,稍微高于激振锤人工敲击法测得结果;由于木结构古建筑构件之间的连续性和互相约束性能较差以及谱曲线放大以后,肉眼读取的数据结果存在一定的误差,可能会导致振动台试验法无法准确的计算出结构固有频率.为木结构古建筑的研究和修缮加固提供参考依据.     

试件特性对地震模拟振动台控制性能影响Ⅰ——对系统稳定性的影响

为了解决地震模拟振动台控制系统设计时将试验试件假定为刚性质量造成的控制系统控制频带窄、稳定性差、地震记录再现精度低等问题,通过系统建模分析了单自由度、多自由度柔性负载在刚性负载设计参数、空载设计参数控制下的系统性能.结果表明,柔性负载在空载设计参数下的系统稳定性更优.实例仿真表明,空载设计参数控制下系统稳定性得到大幅度改善.     

双悬臂式压电振动给料器设计与性能分析

现代化的自动装配对物料输送的平稳性和精确性提出了更高的要求,为了满足工业需求,设计了一种采用矩形压电振子作为激振源、以垂直驱动方式工作的压电振动给料器.通过对双悬臂式压电振动给料器进行简化,并建立其动力学模型,推导出固有频率以及装置振幅的表达式,分析了影响固有频率和振幅的因素.利用ANSYS Workbench软件对装...     

Metals Recovery from Fine Printed Circuit Boards Using Falcon SB Concentrator

Physical methods show great potential and advantages on comprehensive reutilization of waste printed circuit boards （PCBs） because of lower investment and operation cost, higher efficiency and environment friendliness. However, metals contained in fine fraction of PCBs cannot be recovered effectively by conventional equipments such as high tension electrostatic separator or shaking table. In the paper, this conundrum was resolved successfully with the enhanced Falcon SB concentrator. The separation mechanism of Falcon SB concentrator was analyzed and main factors affecting separation efficiency such as magnitude of rotation frequency of bowl, water counter pressure and slurry concentration of feed were studied and interaction of factors above also were investigated using Design-Expert software. Experiment results show that complete liberation degree and great difference of density between metals and nonmetals are suitable to recover metals from -74μm PCBs using enhanced Falcon SB concentrator and 80.77 % integration efficiency can be achieved when slurry concentration of feed is 40 g/L with the water counter pressure of 0.01 MPa and rotation frequency of 50 Hz.     

关于摇床差动特性评定的研究

摇床差动特性是影响摇床分选的重要因素，也是正确选择摇床运动特性参数的重要依据．针对这一问题，根据实测的摇床振动位移曲线，利用频率分析(谐波分析)法和近似积分的原理，采用El、E2和C参数的差动特性系数对摇床差动特性进行了综合评定．结果表明，这一方法能较全面地反映出摇床的差动特性．     

基于正交建模的空间柔顺构件多目标优化

为满足超磁致伸缩材料精密加工异形孔的刚性、稳定性等要求,根据材料驱动特性对空间柔顺构件多个性能参数(驱动刚度、抗扭转刚度和一阶固有频率)进行优化设计,给出一种基于正交仿真试验和遗传算法的多目标优化方法.该方法通过主结构离散参数值的正交排列组合和有限元仿真获得两者的映射试验表,再采用回归拟合的方法建立各性能参数与主要结构参数的优化模型,经多目标遗传算法获得一组最优解,使柔顺构件弯曲变形量、扭转变形量、一阶固有频率分别为51.6um、3.3um、849.7 Hz,满足超磁致伸缩驱动特性和异形孔精密加工的要求.     

地震模拟振动台阵系统的精细化建模与频响仿真

为解决地震模拟振动台建模中的非线性问题,采用Matlab/Simulink中的Sim Hydraulics、Sim Mechanics模块对北京工业大学地震模拟振动台九子台阵进行了精细化建模与仿真,分析了伺服阀特性、台面质量及油源压力对系统频响特性的影响,给出了振动台建设中合理的台面质量范围,得出了试验中通常应该采用的理想油源压力.研究结果表明:伺服阀频率对振动台系统频响特性的影响较大而伺服阀的阻尼比对此几乎没有影响.     

新型加劲软钢阻尼器性能与试验

为研究菱形开洞的新型加劲软钢阻尼器的耗能减震性能,分析其构造形式和减震机理,并对六组阻尼器单片进行了循环加荷试验,给出了其恢复力模型;分别对整体刚度相同的装有加劲软钢阻尼装置和装有普通支撑的三层钢框架进行了振动台对比试验研究.结果表明,这种新型加劲软钢阻尼器具有稳定的滞回性能和抗疲劳性能,对结构的加速度和位移都有很好的控制作用,具有较好的减震效果.     

小水池中水下爆炸地震波测试与分析

水下爆炸引起的振动会波及附近建筑物,是爆破安全必须考虑的问题。采用UBOX-5016型爆破震动记录仪对某一小水池中炸药爆炸产生的振动效应进行了测试和分析,并对所测波形进行频谱分析,得到该水下爆炸地震波的主震频率在12~60Hz,大于建（构）筑物的固有频率（几赫兹至十几赫兹）,当建（构）筑物固有频率同爆破振动频率接近时,将会产生共振效应,较小的振动也会产生较大的破坏,因此,测试过程不会对火工楼造成太大的影响。研究结果对类似的新建实验室及相关工程实践具有较大的参考价值。     

轨枕路基疲劳试验机加载反力架设计与优化

针对目前动力加载反力框架刚度过小、结构形式不合理和材料用量过大等不足,系统地进行反力架的设计与优化。通过SOLIDWORKS建立4种不同结构形式加载反力框架的三维模型,使用ANSYS和ABAQUS静力分析了不同结构反力框架的刚度、强度大小及分布范围,并对比用钢量、力学性能指标,选出鱼腹梁结构形式进行优化设计。针对鱼腹梁反力架,通过 ANSYS的模态分析得到其固有频率及振型,发生第一次垂向振动的频率为25.6Hz,满足10Hz作动器加载不引起共振的要求。通过瞬态分析模拟了10Hz作动器试验时,反力框架的振动响应情况,最大位移为1.128mm,但5s后逐渐稳定在0.720mm,满足动载荷精度和刚度要求。研究表明,相比于其他3种结构形式,鱼腹梁结构刚度最大、最经济,既满足动载荷刚度要求也节省了钢材。     

基于水泥净浆流变性的振动-剪切等效理论

为了分析振动条件下水泥净浆的流变特性,解释水泥净浆流变性模型的转化机制,提出适用于振动条件下水泥净浆流变性分析的振动-剪切等效理论. 根据修正HI理论和回转黏度仪径向分层算法,计算振动条件下回转黏度仪内水泥净浆流场的剪切速率,将振动台正弦振动过程转化为对水泥净浆的剪切过程. 采用自制回转黏度仪,开展20 Hz振动频率下的HI参数标定试验和30 Hz振动频率下的水泥净浆黏度试验. 结果表明,HI参数标定结果与数值计算结果之间的误差约为7%,水泥净浆的试验黏度与数值计算的黏度之间的误差为8%并趋于收敛状态. 增大振动频率,水泥净浆的黏度逐渐减小并达到峰值,流变性模型逐渐由Bingham模型转变为Hershel-Bulkley模型,最后转变为Power-Law模型.     

单向模拟地震振动台设计中的若干问题讨论

本文讨论了确定单向模拟地震振动台的主要技术参数的方法,较系统地讨论了对支承系统、侧面导向系统和台面结构等的要求,指出交叉十字形钢板弹簧支承系统是单向振动台结构的优良方案.并在振动台基础处理上,提出应注意基础的几体形状,以增大几何阻尼,从而有效地降低共振时的基础振幅.     

汶川地震大型厂房框排架结构震害特征分析

为解决钢支撑- 钢框排架结构模型计算与试验对比的问题,对该结构体系的动力特性和地震反应进行研究,以某大型电力主厂房结构设计和PKPM计算模型为背景,使用SAP2000软件建立原型结构有限元模型。针对这类具有复杂质量和刚度分布特点的结构体系,提出满足结构动力特性一致性要求的振动台试验物理模型设计原则和相关技术措施,完成缩尺结构模型的构造设计、同条件有限元建模分析及物理模型加工制作. 通过振动台试验和有限元模型计算可知,振动台试验模型的前三阶动力特性与有限元模态分析结果基本一致,地震波作用下的试验结构模型动力反应和有限元时程分析的结果可相互印证. 结果表明,提出的振动台试验模型设计原则是有效的,试验和计算分析结果可相互印证,可为进一步研究结构抗震性能、改进结构设计提供依据.

     

底框稀板复杂剪力墙结构抗震机理探讨

依据模拟地震振动台试验结果，分析了某33层底部大空间上部平面稀板连接复杂剪力墙结构的动力反应和抗震机理，认为合理利用楼板变化调整结构刚度，可以改善结构的抗震性能，提高结构的抗震能力。     

古建木结构榫卯连接的扁钢加固试验

通过比例为1:3.52的古建木结构模型振动台试验,研究了用Q235扁钢加固榫卯连接节点的加固性能及效果.对模型加固前后的加速度、位移时程响应、自振频率和阻尼比进行了对比分析.结果表明加固后结构刚度略有提高,但符合刚度等效的加固原则,榫卯结构耗能转变为主要依靠扁钢屈服后塑性变形耗能,有效阻止了结构榫卯节点的破坏.从而验证了榫卯连接的扁钢加固方案是可行的,可为古建筑木结构抗震加固提供一种方法.