粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真

聚合物抽油机井抽油杆柱在粘弹性流体井筒内偏心运动时,抽油杆柱受到交变粘弹性流体法向力的作用。该文指出了交变粘弹性流体法向力是抽油杆柱横向振动的激励。考虑抽油杆柱所受粘弹性流体法向力与抽油杆柱横向振动位移的耦合关系,建立了受粘弹性流体法向力作用的抽油杆柱在油管内横向振动仿真的力学和数学模型。采用有限差分法和Newmark法实现了对抽油杆柱在油管内横向振动的仿真计算。分析了抽油杆柱在初始偏心和粘弹性流体法向力激励下的横向振动规律。仿真结果表明:抽油杆柱的任何初始偏心都会导致在全井范围内发生杆管碰撞现象;抽油杆柱下冲程杆管碰撞更为剧烈,且泵端附近碰撞力最大;由于粘弹性流体法向力的存在,杆柱与油管壁的接触碰撞更加频繁,加剧了杆管偏磨。所建立的粘弹性流体法向力作用下的抽油杆柱横向振动仿真模型对于聚驱井杆管偏磨分析、扶正器的优化配置具有指导作用。     

参数振动系统频响特性研究

采用矩阵谱分解中常用的Sylvester理论和Fourier级数展开法,推导了单自由度参数振动系统的频响函数,并得到了系统外激励共振条件。在此基础上,以直齿轮副参数振动系统为例仿真了系统的频响特性,并讨论了系统参数稳定性、时变参数以及阻尼的影响。结果表明,参数振动系统的频响特性主要有以下一些特点:(1)系统具有多个频响函数,分别对应于多频响应中的各个频率成分;(2)系统存在多个外激励共振区。除了外激励频率等于系统固有频率的共振区外,当激励频率等于系统固有频率与参数激励频率的组合值时,同样存在共振现象;(3)参数振动系统共振响应时,主导频率成分为系统固有频率;(4)阻尼使得频响函数峰值有明显下降,而对非共振区的频响曲线影响不大。     

主共振与内共振下纵横耦合轴系动力学分析

考虑Von Karman非线性位移-应变关系,利用Hamilton原理建立了轴系纵横耦合下的动力学模型。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,采用多尺度法求解了离散方程。研究了纵向主共振并伴随内共振(由纵向第一阶固有频率近似等于横向第一阶正进动与反进动频率之和而产生)联合激励时轴系的动力学响应。研究表明随着系统参数以及激励载荷的不同,轴系出现不同的动力学特性。当激励载荷小于一临界值时,纵向激励力只能激起纵向振动,系统响应与线性系统一样;当载荷超过临界值时,纵向激励力同时激起了轴系的横向正进动与反进动频率,此时纵向振动出现能量饱和现象,能量从纵向渗透到横向。能量在正反进动模态间的分配与其正反进动频率成反比,从而使反进动幅值大于正进动幅值。同时响应中也出现跳跃现象。数值分析结果与摄动分析结果一致。     

斜拉桥的多重内共振及其耦合过程研究

斜拉桥具有复杂的内共振特性,以往多是通过频率的倍数关系去研究多模态间的内共振,忽视了对耦合过程的研究。为研究其多重内共振及各模态相互耦合过程,进行了斜拉桥非线性动力学模型实验。实验观测到多重内共振及其导致的全桥大幅振动,发现当外激励频率约为长斜拉索固有频率2倍时,能激发其大幅"拍振",且两个"拍频"之和正好等于外激励频率。通过分段分析和无相移滤波研究了各模态的相互耦合过程。研究表明:斜拉桥非线性模态频率低于线性模态频率;多重内共振需经历一定时间的耦合作用方能引发斜拉桥大幅稳态振动;强迫振动、局部-混合模态耦合振动和组合内共振同时发生是单频外激励能激发斜拉索"拍振",且"拍频"之和等于外激励频率的根本原因。     

预压缩气垫包装系统静力及动力学特性研究

目的 以柱形气垫包装系统为研究对象,建立静力及动力学模型,对静态压缩、自由振动和基础激励受迫振动特性进行研究。方法 建立气柱压缩力数学模型,并通过试验、仿真验证模型,通过建立预压缩柱形气垫包装系统力学模型,研究静力及动力学特性。结果 预压缩量和充气压力越大,包装系统固有频率越高。在包装对象宽度定值约束下,选取多个小直径气柱,固有频率更高,且薄膜应力更小。在基础激励下,包装系统固有频率处存在共振峰值,对高频域气垫表现出了较好的减振特性。结论 所建立的静力压缩模型与试验、仿真结果较吻合,所建立的动力学模型合理,结果准确。     

制冷剂管道参数对冰箱振动影响特性

为减小冰箱振动、降低噪声,利用Pro/Engineer软件分别建立冰箱制冷剂管道内部气柱及管道三维实体模型,用有限元分析软件ANSYS分析模态,获得气柱及管道固有频率。气柱固有频率与压缩机激发频率相差较大不会产生共振,而管道固有频率在共振区内会产生共振。在制冷剂管道材料不变条件下分析不同管道长度、弯管圆角半径及固定支撑位置对冰箱振动特性影响。结果表明,减小制冷剂管道长度会增大固有频率并逐渐远离共振区,从而避免管道共振;增加制冷剂管道弯管圆角半径,其固有频率略有增大,一阶固有频率仍在共振区内导致管道共振;在制冷剂管道不同位置增加固定支撑,能有效提高管道固有频率,使其远离共振区,且存在最佳安装位置。     

直井抽油杆柱在屈曲位移激励下横向振动的仿真研究

鉴于目前直井杆管偏磨分析仅停留于抽油杆柱在油管内的静力屈曲理论,提出了一种基于抽油杆柱屈曲位移激励的抽油杆柱在油管内横向振动与杆管偏磨的动力学分析方法。考虑轴向分布载荷和泵端动载荷的作用,以下冲程某时刻抽油杆柱在油管内的屈曲构型作为抽油杆柱横向振动的位移激励,建立了直井抽油杆柱在油管内横向振动的仿真模型。采用有限差分法对井深进行离散,Newmark法对时间进行离散,以恢复系数法建立了杆管碰撞条件,碰撞冲量作为碰撞效果的度量,对抽油杆柱在油管内横向振动数学模型进行了数值仿真。仿真结果表明:杆管碰撞现象主要发生在下冲程杆柱发生屈曲后,且几乎沿全井都有发生,从井口至泵端附近的碰撞力峰值逐渐增大;中位点以下碰撞最强烈,碰撞力最大,且呈现高频次碰撞;中位点以上至井口附近,碰撞频次和碰撞力依次减弱;而上冲程碰撞现象很少,碰撞力也较小。所建立的抽油杆柱屈曲位移激励下的横向振动仿真模型适用于杆管偏磨分析,同时为扶正器的优化配置提供新的理论基础。     

轴向往复运动抽油杆柱在弯曲井眼内横向振动的仿真模型

抽油杆柱横向振动的研究是分析油井杆管偏磨现象的基础。该文将定向井抽油杆柱在弯曲井眼内的横向振动问题简化为具有初弯曲的纵横弯曲梁在油管约束下的横向振动问题。除考虑交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励外,首次提出弯曲井眼也是轴向往复运动抽油杆柱横向振动的主要激励。综合考虑弯曲井眼对轴向往复运动抽油杆柱横向振动的激励,以及交变轴向载荷对抽油杆柱横向振动的激励,应用弹性碰撞理论描述油管对抽油杆柱横向振动的约束,基于弹性体振动理论建立了具有初弯曲的抽油杆柱在弯曲井眼内的横向振动仿真模型。采用有限差分法与Newmark法实现了对定向井抽油杆柱横向振动的仿真计算。仿真结果表明:仿真结果与现场实际偏磨情况相符,说明在分析抽油杆柱横向振动时,轴向运动导致的弯曲井眼激励是一项不可忽略的因素;算例油井中,杆管偏磨的危险点主要出现在油井的造斜段与抽油杆柱的受压段。该文所建立定向井抽油杆柱横向振动仿真模型可用于指导抽油杆扶正器的优化配置。     

基础激励下转子-轴承-支座系统动力学特性研究

针对基础激励影响转子轴承系统动力学特性问题,提出基于有限元和集中质量法的转子系统耦合动力学模型,分析基础激励对系统动力学特性的影响规律。模型中,转子采用梁单元离散建立有限元模型,滚动轴承考虑非线性接触力和间隙影响,支承阻尼环采用Kelvin-Voigt线性力学模型表征其力学特征。通过Runge-Kutta数值方法研究基础位移激励对系统动力学行为的影响规律;在此基础上,基于遗传算法对支承阻尼环的动力学参数进行优化设计。结果表明：基础在水平或垂直方向上的位移激励不仅对该方向转子振动有影响,对其他方向振动也存在一定影响;基础激励频率不等于滚动轴承VC(Varying Compliance)频率或其谐波频率时,系统中出现了组合共振现象;同时,经优化设计后,基础激励对系统动力学行为的影响显著降低。研究结果为基础振动下转子轴承系统的动力学分析提供了理论支撑。     

弹性螺旋桨纵向激励力特性研究

螺旋桨纵向激励力是引起舰船艉部振动噪声的重要原因之一,对其研究有利于舰船艉部的振动噪声控制。通过面元法耦合有限元法建立螺旋桨双向流固耦合动力学模型,计算P438X系列螺旋桨在不均匀流场下的纵向激励力,研究桨叶弹性、侧斜角等因素对纵向激励力的影响。结果表明：当激励频率小于螺旋桨一阶固有频率一半时,桨叶弹性效应对纵向激励力影响很小,可对其按刚性螺旋桨处理;当激励频率接近螺旋桨一阶固有频率时,桨叶弹性对纵向激励力有显著放大效应;刚性螺旋桨侧斜角越大,纵向激励力越小,然而考虑桨叶弹性后,过大的侧斜角将降低桨叶各阶固有频率,从而恶化纵向激励力。因此需要结合激励频率、桨叶固有频率设计合适的侧斜角。     

Bending-mode vibration of a suspended nanotube resonator

We have used a suspended carbon nanotube as a frequency mixer to detect its own mechanical motion. A single gate-dependent resonance is observed, which we attribute to the fundamental bending mode vibration of the suspended carbon nanotubes. A continuum model is used to fit the gate dependence of the resonance frequency, from which we obtain values for the fundamental frequency, the residual and gate-induced tension in the nanotube. This analysis shows that the nanotubes in our devices have no slack and that, by applying a gate voltage, the nanotube can be tuned from a regime without strain to a regime where it behaves as a vibrating string under tension.     

一种降低微结构瞬态响应的方法

研究了机械结构的动力学快速减振方法。以硬盘读写头动臂为例，分析了其受驱动力激振后的瞬态响应。在其指导下，选择了作用力的作用时间和波形：该作用力的作用时间T应为机械结构一阶固有频率对应周期的2倍，且为关于T／2奇对称的单周期波形。通过实验，证明了这样的作用力可以有效减小系统的残余振动，实现快速减振。此方法可以引申到一般应用场合。     

隔振对光电跟踪系统频率特性的影响及其抑制

针对隔振对光电跟踪系统频率响应特性的影响,从带隔振装置的光电跟踪系统动力学模型入手,研究了系统频率特性的变化规律.提出了两种抑制隔振装置影响的思路:调整隔振装置机械结构设计,改善基座的角运动谐振特性;通过调整方位轴控制策略消除基座晃动对跟踪控制的不利影响.对后一种思路进行了深入的研究,将基座和光电系统的角位置和角速度实测信息作为状态变量,采用状态反馈配置极点的方法,消除速度响应环节的谐振极点,抵消谐振零点.对安装在隔振装置上的某光电跟踪系统进行仿真实验结果,在保证稳定的前提下,状态反馈配置极点方法将稳态振荡的幅值由2.4×10-4 rad减小到7×10-6 rad.结果表明,采用状态反馈配置系统速度响应环节闭环期望极点的方法可以有效抑制隔振装置对光电跟踪系统频率特性的影响.     

猕猴桃的模拟振动实验及特性研究

目的研究猕猴桃在运输过程中振动特性以及机械损伤的影响因素,为增强水果运输包装的防护性提供可靠的理论依据。方法通过扫频振动实验检测猕猴桃的共振频率;基于正交实验分析法进行猕猴桃的定频振动实验,分析振动加速度、包装缓冲材料、振动时间和堆码层数等因素对表面损伤指数和振动传递率的影响,从而获得造成猕猴桃机械损伤的敏感因子。结果当振动加速度为0.15g时,猕猴桃的共振频率为85.2Hz;采用纸屑作为缓冲材料的整体包装,猕猴桃的受损程度最小,其振动传递率也较小。结论对表面损伤指数和振动传递率影响最大的因子均为缓冲包装结构,纸屑衬垫和EPS衬垫的缓冲性能优于PET衬垫。振动传递率越大,表面损伤指数越大。     

定则振动系统下黄冠梨振动特性及损伤研究

目的通过对黄冠梨进行振动试验测试,研究其在定则振动系统下的振动特性以及振动加速度、振动频率与其他振动参数对黄冠梨损伤的影响,建立黄冠梨面积、体积损伤率与时间关系模型。方法通过定则振动中的扫频试验和定频试验,分析黄冠梨的振动加速度与共振频率、能量传递率之间的关系,研究黄冠梨面积损伤率和体积损伤率的变化规律。结果黄冠梨的共振频率随加速度的增大呈下降趋势,0.85g后共振频率基本无明显变化,7层黄冠梨从下至上各层共振频率变化趋势相似。随着振动加速度的增大,单层黄冠梨的共振频率与能量传递率均逐渐变小。结论单层黄冠梨的加速度与共振频率呈非线性关系,多层黄冠梨的面积损伤率与体积损伤率随着层数的增加而变大,其共振频率随着层数的增加而减小。     

振动固支弹性板基波频率共形解析

基于振动固支弹性异型板基波频率值的求解问题,采用共形映射理论,为了寻求复杂域与单位圆域的共形映射函数,将复杂边界域插值点序列分为奇偶两序列并相互迭代;提出了三角插值数学方法及其法向收敛方法,求得了共形映射函数的复系数。应用Galerkin的方法,完成复杂振动板域振动微分方程的基波频率解析。以椭圆板域求解为示例,分析了偏心率e和面积对基波频率系数的影响。     

单质体非线性系统的锐共振振动同步研究

 对单质体非线性系统在锐共振(共振频率比z=0.9~1.1)情况下,双激振器作反向回转的振动同步进行理论研究和数值仿真.建立单质体非线性系统的动力学模型,运用Hamilton原理,推导出锐共振情况下非线性系统的双激振电机振动同步运行条件,最后通过数值仿真,验证了所推导理论的正确性和可用性.为进一步开发高效节能的锐共振振动机提供理论支持,具有重要的工程应用价值.     

纵-弯复合系统的振动特性研究

本文对一种常用的纵－弯复合振动系统进行了研究，该系统由一个弯曲振动工具头及一个纵振动驱动系统组成，文中对复合振动系统的振动特性进行了理论及实验研究，推出了系统的共振及反共振频率方程，还导出了复合振动系统的机械输入阻抗，并对系统的共振频率随长度的变化规律进行了探讨，实验表明，复合振动系统共振频率的测试值与计算值符合较好，系统的共振频率随振动系统几何尺寸的变化而变化，并且，弯曲振动系统的尺寸变化对频率     

基于简支弹性矩形板含集中质量振动基波频率共形映射解析

借助共形映射理论,采用矩形板边界域奇偶插值点两序列的三角插值方法,寻求了带圆角矩形板等复杂域与单位圆域的共形映射函数;针对含有集中质量振动简支弹性异型板基波频率值的求解,在平面常应力状态下,完成该复杂弹性板以单位圆域方法描述的振动方程,求解板基波频率系数。以带圆角矩形简支板域求解为示例,分析了集中质量大小与位置、矩形长宽比值e、平面常应力系数Sp对基波频率的影响。     

双弹簧电液激振缸振幅补偿性能的研究

传统的电液激振缸随着激振频率的提高,振动幅值急剧衰减,振幅补偿性能变差。为了解决这一问题,设计了一种双弹簧电液激振缸结构。分析了双弹簧电液激振缸的工作原理,建立了其数学模型和AMESim仿真模型,研究了激振频率、补偿弹簧刚度对其活塞杆位移的影响。结果表明：当激振频率为28 Hz、补偿弹簧刚度为31 N/mm时,激振缸活塞杆的位移增大6.24 mm,相比同一条件下的传统电液激振缸增大了15倍多;在双弹簧电液激振缸的工作过程中,其活塞杆位移振幅存在振荡区和稳定区,稳定区内的振幅大小直接决定了振幅补偿效果的优劣;在补偿弹簧刚度一定的情况下,活塞杆位移振幅不与激振频率呈简单的正相关或负相关关系,而在某一激振频率下谐振现象最明显,能使振幅补偿效果达到最优;激振频率不同,则补偿弹簧最优刚度不同,随着激振频率的提高,补偿弹簧刚度应相应增大。相比于传统的电液激振缸,双弹簧电液激振缸的振动幅值有较大提升,在工程应用中能取得更好的振幅补偿效果。