基于ARMA模型的桥梁结构模态参数辨识研究

模态参数辨识是对结构进行动力损伤诊断的前提,本文介绍了一种通过建立ARMA模型来辨识结构工作模态参数的方法.待检结构在环境激励下发生自由振动,用位移传感器测出振动响应数据,据此建立适当阶数的ARMA模型,并估算模型参数.根据模型参数与系统模态参数的关系算得模态参数.最后用稳定图法剔除虚假模态,确定结构真实模态.重点讨论用ARMA时序模型进行模态频率辨识的问题,并通过一个简支梁振动试验对该方法进行了验证,将试验结果与随机子空间法和ANSYS建模分析法的计算结果对比发现,3种方法识别出的前三阶模态频率基本吻合,且满足精度要求,说明在激励数据未知的情况下,基于ARMA模型的模态参数辨识法能够准确地识别出系统的模态参数.     

基于实验模态分析的铣削加工系统动力学 特性参数测试与分析

获取加工系统模态参数是进行铣削加工过程动力学仿真的先决条件。利用实验模态分析技术对机床-刀具系统或机床-工件系统进行锤击实验,通过力传感器和压电式加速度计采集激励与响应信号,再通过傅里叶变换和频响函数估算的方法获得加工系统的频响函数,最后通过正交多项式参数拟合获得工艺系统的模态参数。动力学特性参数测试分析结果,可为铣削过程动力学仿真提供所必须的可信数据。     

铣削稳定性预测的时间有限元法

为减小切削颤振对加工的影响,提出一种时间有限元预测法来预测铣削稳定性。将动态切削颤振模型简化为一阶时滞微分方程组,基于时间有限元法及Floquet原理预测动态铣削过程的稳定性极限。对该方法的预测值与Insperger提出的时域半离散法的预测值进行比较可知,该方法能有效地预测动态铣削稳定性,并利用一组实验证实了该方法的正确性。采用该方法选择铣削参数可以有效降低切削颤振对加工过程的影响,对提高铣削加工效率和加工质量有重要意义。     

再生切削颤振系统动态响应谐参数辨识

考虑多重再生切削效应,建立了切削系统在随机噪声激励下的时滞动力学模型及递推求解算法。利用基于互四阶累积量的谐参数联合估计TLS-ESPRIT方法,讨论了再生型切削系统动态响应的频率、相邻两转切削间相移和互功率的辨识,揭示了在动态失稳切削中这些谐参数的演变特征以及多频再生型切削颤振现象。研究结果表明,基于互四阶累积量的谐参数估计TLS-ESPRIT方法可抑制噪声,具有优越的参数估计性能,能够在动态失稳切削中抽取再生型切削不稳定性的演变特征。     

立铣加工过程的三维有限元模拟

切削加工过程的模拟本质上是采用有限元方法求解非线性问题的过程,为了建立合理的金属切削有限元模拟模型,以实验中易于获得的45钢为研究对象,分析了材料本构关系、切屑与刀具间的摩擦、网格划分以及切屑分离准则等关键技术问题及其具体解决方法.利用软件ABAQUS建立了比以往直角和斜角切削更接近实际切削的热力耦合的45钢三维立铣有限元模型,动态模拟了其用高速钢刀具在常规速度下的铣削加工过程,得到了切屑形状及切削力各分量曲线并对其结果进行了分析,切削力模拟结果与实验结果有较好的一致性.研究说明,与实际加工过程相符的真正意义上的三维有限元模拟是可实现的,由此可对实际铣削加工中的切削力进行快捷的预测,并可进一步对合理切削工艺参数或刀具几何参数的确定提供依据.该研究也可拓展应用到其他材料切削过程的三维有限元模拟中.     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

薄壁零件高速铣削振动影响因素研究

铣削振动埘薄壁零件的加工过程有很人的影响.进行了薄壁件动态特性分析工艺试验,在不同走刀顺序、小同切削参数下进行了振动位移动态信号分析,对试验结果进行了讨论;研究了几种切削参数对薄壁零件加工颤振的影响,通过对比,得到了系列有益的结论:为了保证薄壁零件加工过程的平稳和加工质量,应采用火径向切深、小轴向切深的切削方式、选择合适的每齿进给量和切削速度等,为进一步研究薄壁件切削加工动态特性、进行切削参数优选奠定了基础.     

基于随机子空间方法的框架结构模态辨识实验

由于近年来随机状态空间理论在结构系统识别中的应用有了很大的发展,尤其是随机子空间辨识方法的出现使得激励未知的系统辨识(或工作模态分析)问题成为可能.应用随机子空间辨识方法,针对一个4层的钢框架模型进行了模态辨识实验研究.在宽带随机信号加正弦信号的激励过程中,利用自相关函数表现出的周期振动成份剔除虚假模态.实际辨识结果说明了该方法的有效性,固有频率和模态振型实验分析结果均与有限元计算分析结构具有良好的一致性.     

时频分布与FRFT在环境激励下模态参数辨识中的应用

将时频分析方法和分数阶傅里叶变换(FRFT)方法相结合,在环境激励下进行模态参数辨识,可弥补单纯时域或频域方法的不足.将时频分布中的Gabor展开用于识别系统固有频率和阻尼比,各通道响应信号的自相关函数在一定程度上可以减小噪声干扰,增强信号的能量分布,有助于参数的识别.利用FRFT,根据信号在时频面内的旋转角度和脉冲峰值出现的位置可估计激励信号.通过对一个三自由度振动系统仿真结果说明,将FRFT与时频分布的Gabor展开相结合,可以很好地从响应信号中辨识出模态参数和激励信号,为辨识环境激励下的系统模态参数提供了很好的途径.     

基于动态特性和小波包的铣削颤振识别

在金属铣削尤其是低刚度工件加工过程中,颤振是影响工件表面质量、加工效率和刀具寿命等的关键因素。为了避免加工产生的颤振,从信号处理的角度出发,提出了一种基于系统动态特性和小波包的铣削颤振识别方法。通过模态实验获取系统的模态参数,依据颤振频率在系统固有频率附近会出现峰值的特点,采用小波包对原始切削力信号进行分解,然后选取包含丰富颤振信息的频段进行重构,最后对比和分析铣削力信号时频谱图和希尔伯特频谱,实现颤振识别,并对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,所提出的方法具有有效性和可靠性。     

并联机床刀夹系统的实验模态分析

机床刀具一夹具系统的模态参数,对切削加工过程中切削颤振的研究起着非常重要的作用。采用频响函数法,在BJ-04—02（A）型并联机床上通过试验测定了Fraisa刀具和BT40C刀具夹头系统的模态参数,并将实验结果和拟合结果进行了比较,为进一步加工零件和开展工艺研究奠定了必要的基础。     

切削参数对锯片铣刀切削振动特性的影响研究

锯片铣刀切削加工过程中,普遍存在严重的振动问题.为研究锯片铣刀的切削振动特性,设计了多种切削条件下的锯片铣刀切削实验.在理论计算锯片铣刀固有频率的基础上,对实验结果进行了分析和讨论.结果表明:锯片铣刀切削系统的频率仅仅取决于系统的固有频率,基本不受切削参数的影响.因此,通过增加刀具系统的刚度或改变切削速度,使激振频率远离刀具系统的固有频率可有效降低和控制切削系统的振动.     

考虑过程阻尼的圆弧刃铣削淬硬钢极限切深

为了研究圆弧刃铣刀动态铣削过程中的过程阻尼情况,通过分析刀具结构的几何参数和工艺参数,对现有的模型进行整合优化,建立了圆弧刃铣刀过程阻尼的动态铣削数学模型.基于改进的数学模型,计算出后刀面侵入体积,并进行大量切削稳定极限实验,得到了高速下的极限切深.同时,应用Matlab和ANSYS软件解算得到铣削模态方程的过程阻尼系数,结合能量平衡方程,给出了淬硬钢耕犁力系数,进而预测极限切深.仿真结果表明,刀具后角和刃口半径对过程阻尼影响显著,预测极限切深与实验结果一致.     

面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究

切削加工过程中出现的颤振失稳现象,是限制机床加工质量和加工效率的主要因素。传统切削稳定性预测模型大多基于机床静止状态下的动力学特性,并采用恒定的切削力系数表征不同的切削条件。但在加工过程中,系统动力学特性和切削力系数会随着主轴转速等影响因素而变化,导致预测的切削稳定性叶瓣图在实际工程运用中出现偏差。针对机床运行状态下切削稳定性的准确预测问题,提出一种切削稳定性叶瓣图修正方法。该方法以刀具系统动力学特性与切削力系数为研究对象,首先建立主轴转速样本信息,将考虑转速效应的主轴轴承运行刚度写入机床有限元模型中,获取刀尖频率响应函数及其对应的各阶模态参数,以此结合模态拟合法和插值算法重构任意转速下的刀尖频响函数,同时以各切削参数为变量构建切削力系数响应面预测模型,进而将与转速对应的刀尖频率响应函数和不同切削条件下的切削力系数作为传统切削稳定性预测模型的输入,并通过结合自适应粒子群算法共同求解各转速下的极限切削深度,从而在全转速范围内绘制切削稳定性叶瓣图。将该方法应用于1台3轴立式加工中心的实际工序中,采用多组预测的无颤振切削参数进行切削实验,并通过切削力信号的频谱分析判定切削过程中未出现颤振,验证了稳定性叶瓣图修正方法的有效性,为无颤振切削参数的合理选择奠定了技术支持。     

基于切削稳定理论的铣削材料去除率

针对铣削加工,为保证切削效率,建立主轴转速、轴向切深和径向切深的三维稳定性极限图,以工件材料最大去除率为优化目标,合理选择切削参数,从而在保证切削加工质量的前提下,更快、更好地完成铣削加工.仿真结果表明:由于不同铣削系统的动态特性不同,稳定条件下最大材料去除率随径向切削深度的增大的变化趋势差异明显,因此,需要对不同系统进行具体分析,才能找到切削参数的最佳匹配.     

轴瓦定位唇专用铣床铣削杆振动特性分析

针对轴瓦定位唇专用铣床铣削杆在工作过程中产生振动的问题,基于刀具铣削理论与罚函数算法,采用有限元建模方法对铣刀杆工作状况合理简化并施加合理约束,建立了铣刀杆的有限元模型并进行模态分析,模态分析得到的铣削杆前5阶固有频率与实验方法获得的数据在误差允许范围内.通过对铣削杆前5阶模态的分析,发现铣削主轴两端采用轴承支撑,铣削过程中变形小,而铣削杆为悬壁梁支撑,在二、三阶固有频率下发生大变形,对轴瓦定位唇铣削精确度影响较大.     

航空薄壁件与铣刀的加工变形误差补偿研究

基于三维铣削力数学模型,应用实验对铣削力系数进行辨识.以刀具和工件的加工变形为研究对象,仿真出刀具与工件的变形量,并绘制不同约束下的工件变形曲线.通过对曲线的分析,求出加工过程中刀具与工件变形对精度变化影响的因素和规律.提出一种基于有限元加工变形的计算误差补偿方案,实现铣削参数的优化,提高铣削加工精度.     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系．由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象．文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量．试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视．     

数控铣削参数优化方法的研究

为了优化数控铣削参数,以切削比能低、表面质量优为优化目标,对45号钢进行了单工步干式铣削沟槽正交实验.采用多目标遗传算法求解出了不同铣削参数的优化解,并通过对比经验参数与优化参数的实验结果得出了最优铣削参数组合.在最优铣削参数组合下对工件进行加工(粗/半精加工)时,其加工切削比能和工件表面粗糙度比优化前分别降低了46.2%和41.6%,因此本文优化方法可为提高数控铣削加工质量和降低能耗提供参考.     

应用实正交多项式的多模态辨识迭代算法

针对在实验模态分析中系统多模态整体参数辨识的系数方程易病态问题,对传统正交多项式频域模态参数辨识方法进行了改进.应用部分分式实正交多项式构建频响函数幅值平方的分析模型规避了原有复正交多项式的复杂计算.应用模态隔离方法将原多模态整体参数辨识的过程拆分为由分步单模态参数辨识实现,减轻了系数方程的病态,并且放宽了对所辨识模态数量的限制.经多次的迭代提高分步单模态参数辨识的精度.数值结果表明,该算法的参数辨识精度高且结果收敛迅速.