基于Euler Bernoulli理论的压电系统集中参数模型修正

摘要： 针对压电俘能系统悬臂梁结构集中参数模型的局限性,引入Euler Bernoulli梁振动模型。通过分析两模型在振动时相对位移传递率发现,集中参数模型在基础激励情况下,传递率峰值存在较大偏差。理论分析了Euler Bernoulli及集中参数模型在一阶模态附近位移传递率函数,对集中参数模型进行了修正。仿真结果表明修正后的集中参数模型相对位移传递率峰值与Euler Bernoulli模型在低阶模态吻合良好。     

振动响应传递率及其工作模态分析方法综述

基于振动响应传递率的工作模态分析方法是近年来出现的一类新的频域工作模态分析方法。由于振动响应传递率独特的动力学特性,该类方法得到了迅速的发展。从以下三个方面对振动响应传递率及其工作模态分析方法进行综述:振动传递率的概念、振动传递率的估计方法和基于振动传递率的工作模态辨识方法。在对各种辨识方法原理介绍的基础上,分析其特点及其存在的问题。结合多自由度系统模型,采用四种具有代表性的辨识方法对不同激励情况下的工作模态进行辨识,并对辨识结果以及方法的局限性进行了分析比较。     

振动主动控制中电磁作动器动态特性的研究

分析了电磁作动器的动态特性及其对振动主动控制系统振动传递率的影响。振动传递率不仅受作动器动态特性的影响,而且还与反馈变量的选取有关。因此,在实际控制系统中应选择绝对位移、速度、加速度及加加速、绝对位移的积分和相对位移、速度、加速度及加加速度、相对位移的积分的不同组合作为反馈变量,以期取得良好的隔振效果。     

飞机液压管路支撑的2自由度动力学模型研究

针对飞机吊挂区域“机体结构-支撑组件-液压管路”机械振动系统中的支撑组件，在其承受动载荷作用时对其动刚度及加速度导纳进行有限元分析；基于经典隔振理论，将机体结构视为弹性体，考虑支撑组件质量、阻尼及刚度，建立以机体结构振动为激励源、液压管路为振动受体的管路支撑组件两自由度物理模型，采用四端参数法推导支撑组件的位移/力传递率，对位移传递率的影响因素进行分析。结果表明，影响支撑组件隔振性能的主要因素是刚度参数，其不仅影响位移传递率曲线的幅值，同时导致峰值产生频移；而支撑组件的质量参数和结构阻尼参数主要对曲线幅值存在不同程度的影响。分析及结论将对飞机液压管路系统的减振及提高系统性能和寿命具有一定参考价值。     

飞机液压管路支撑的2自由度动力学模型研究

针对飞机吊挂区域“机体结构-支撑组件-液压管路”机械振动系统中的支撑组件，在其承受动载荷作用时对其动刚度及加速度导纳进行有限元分析；基于经典隔振理论，将机体结构视为弹性体，考虑支撑组件质量、阻尼及刚度，建立以机体结构振动为激励源、液压管路为振动受体的管路支撑组件两自由度物理模型，采用四端参数法推导支撑组件的位移/力传递率，对位移传递率的影响因素进行分析。结果表明，影响支撑组件隔振性能的主要因素是刚度参数，其不仅影响位移传递率曲线的幅值，同时导致峰值产生频移；而支撑组件的质量参数和结构阻尼参数主要对曲线幅值存在不同程度的影响。分析及结论将对飞机液压管路系统的减振及提高系统性能和寿命具有一定参考价值。     

铰接连杆式安装系统振动传递特性测试及分析

目前涡扇发动机安装系统中大多采用铰接连杆式安装节进行发动机与机翼的连接,测试与分析铰接连杆式安装节的振动传递特性对于发动机的减隔振安装设计有重要作用。以某型发动机安装系统为参考,设计由发动机假件、前/后安装节缩比模型以及吊挂组成的安装系统原理验证模型。以原理验证模型为研究对象采用激振器及真空吸盘进行刚体模态试验及振动传递试验,得到发动机刚体模态与安装系统力传递率-频率曲线,并分析确定振动传递的主路径。结果表明:刚体运动模态主要集中在100 Hz以下,并且模态耦合现象比较严重;60 Hz以下,振动传递主路径为发动机-前安装节-吊挂;60 Hz～120 Hz带宽内,振动传递主路径为发动机-后安装节-吊挂;在1阶转速附近,力传递率小于1,设计出的安装节缩比模型具备隔振功能。同时,研究结果可为后续研究中涡扇发动机安装系统多体动力学建模与仿真方法的验证以及安装系统优化设计提供试验支持,并为全尺寸涡扇发动机安装系统隔振试验研究奠定基础。     

电磁轴承振动传递特性研究

通过有限元方法建立转子的仿真模型,结合电磁轴承动态模型获得整个电磁轴承支承转子闭环系统状态方程。基于该状态空间模型,计算转子受外扰力作用时轴承处力传递率频域响应、在外冲击力作用下位移响应及动态力响应,以此考察电磁轴承的振动传递特性,并与滚珠轴承进行对比。计算结果表明,电磁轴承的刚度阻尼等支承特性与滚珠轴承显著不同,其力的传递率频域响应较平缓,无滚珠轴承支承时某些频率附近的突出峰值。在冲击力作用下电磁轴承支承时,转子位移及动态轴承力振动均能较快恢复稳定状态,振动传递明显减小。     

转向架构架工作模态及其对车下振动传递影响初探

为进一步了解运行过程中转向架构架的真实动态特性,对实际线路运行的某高速列车进行工作模态测试,获取构架响应点之间的互谱信号并进行模态参数识别。模态参数识别方法采用最小二乘复频域法。根据其识别结果,剔除由轴箱传至构架且引起构架显著峰值的虚假模态,获得构架真实工作模态参数。结合轴箱、车体外地板振动实测频谱,找到车体外地板显著振动频率来源,进而分析转向架工作模态对车体外地板振动显著峰值的影响。本文的相关实测结果为了解运行过程中转向架构架真实动力学行为、研究车体外地板振动显著频率的产生、传递机理提供依据;同时,测试及模态参数识别方法为车体运行部件工作模态试验提供参考。     

组合式特种转子振动模态的实验研究与计算

本文对某燃气轮机组合式转子的振动特性进行了实验研究，得到了该转子系统的各阶模态参数。同时，用带刚度修正系数的传递矩阵法对转子进行了对比计算。试验及计算结果表明，该类转子具有较高的刚性及较丰富的模态成份，当用带刚度修正系数的传递矩阵法进行振动计算时，只要修正系数选取适当，亦可获得满意的结果。     

大跨度高空钢结构连廊的有限元模型修正

使用基于灵敏度分析和贝叶斯估计的有限元模型修正方法对复杂连体高层建筑群杭州市民中心的高空钢结构连廊进行了有限元模型修正.通过频率误差和模态置信因子计算,比较分析了修正前连廊数值模型的模态参数和基于环境激励下实测得到的连廊模态参数,以确定数值模型动力特性与实际结构动力特性的差异.通过模态参数对连廊构件物理参数的敏感度分析构造灵敏度矩阵,并在此基础上筛选出对结构模态参数影响程度大的参数.基于贝叶斯估计法构造参数加权矩阵和响应加权矩阵,根据待修正参数初始设计值的置信度设置参数允许的上下边界值,按一定的收敛准则进行迭代修正.修正后连廊模型的动力特性与实测动力特性有很好的一致性,修正模型可以用来对连廊进行振动控制、响应预测及性态评估.     

杆、梁有限元模型的模态的振荡性质

杆、弦、梁等常见一维连续体的固有模态具有振荡性质。一维连续体进行离散后的固有模态是否仍具有振荡性质，表征着数值计算是否真实反映了原问题。业已通过化柔度矩阵为三对角矩阵的乘积的方法证明了：常见支承条件下的有限差分梁、杆以及采用集中质量矩阵的有限元杆、弦的模态具有振荡性质。在有限元计算中，Euler梁通常采用带转角变量的Hermite三次插值函数进行离散，目前尚未见到此种离散梁的模态是否具有振荡性质的论述。从连续杆、弦、梁的振荡性质出发，结合有限元解的特性，指出在集中质量矩阵的条件下，如果离散模型在结点集中力作用下，结点位移与解析解相等，则此离散模型的模态具有振荡性质；具体说来，杆、弦的有限元模型模态具有振荡性质，从最小余能原理构造的梁有限元模型模态具有振荡性质；对于Hermite三次插值函数的位移Euler梁单元，若截面参数在单元内取常数，模态也具有此性质；但是，若截面参数在单元内不为常数，模态未必具有振荡性质。     

考虑摩擦的摆线锥齿轮参数激励振动特性研究

考虑摩擦与参数激励影响建立摆线锥齿轮副啮合模型。以齿轮副啮合点间沿啮合线相对位移为广义坐标,用Lagrange原理建立主、从动齿轮扭转振动平衡方程,通过降阶、解耦及归一化获得系统动力学方程。采用四五阶Runge-Kutta法对动力学方程求解,给出摩擦因子对轮齿啮合点位移响应关系曲线;基于系统参数激励,对比分析有无摩擦时阻尼水平、外载荷、传递误差、刚度及激励频率对振动特性影响规律,给出相应参数激励下位移响应关系曲线。仿真结果表明,摩擦能有效抑制轮齿啮合点参数激励位移响应幅值,使峰值频率发生漂移;摩擦、激励频率均能改变系统运动状态、增加系统运动的复杂性。     

混合传递路径分析方法

根据悬臂壳实验台结构建立有限元模型,并结合实验模态分析对其进行修正,建立高精度有限元模型。利用实验模态分析结果计算结构阻尼参数,确立混合传递路径分析(TPA)中频率响应函数(FRF)的有限元计算方法,并且与实验结果对比,验证其有效性和可行性。利用Tikhonov正则化方法进行载荷识别,对悬臂壳实验台进行混合TPA实验研究,获得不同频率下各路径对目标点振动的贡献量,并将各路径对目标点的振动贡献量进行矢量叠加,与实验测试值进行对比。结果表明,各路径贡献量叠加结果与实验测试值吻合较好,可确定该结构的主要振动传递路径,从而为结构优化奠定基础。     

面向燃机多工况宽频域工作模态参数识别的随机子空间方法

面向燃气轮机工作状态下多工况、宽频域模态参数识别需求，在对典型燃机整机振动模态分析的基础上，虑及测试数据类型、测点位置与方向的选取及不同运行工况影响，提出一种针对燃机整机工作模态参数识别的随机子空间方法。基于实测振动数据，对典型燃机工作模态参数进行了自动划分识别。结果表明：通过分别控制行块数，充分挖掘位移、速度、加速度三种类型数据包含的不同频段模态参数信息并对识别结果择优合并，能够较好识别出数十倍于燃机工频的宽频域模态；合理选取测点位置和方向，能够得到关心频段内局部或整体模态；利用多转速运行工况数据，能够区分出受转速影响的整体模态。实现了对燃机整机振动宽频域范围内整体和局部模态、机匣和转子模态的识别，可为在此基础上的动力特性分析、整机动力学模型修正、结构振动状态评估、振动故障特征提取等提供支撑。     

振动试验视频图像测试技术研究

摘要：基于数字视频技术,以普通USB数码摄像头与PC机作为硬件设备设计了视频图像测振系统,采用该测试系统识别了悬挂集中质量的简支梁模型的一阶模态参数。基于Matlab软件编制振动视频采集与图像边缘检测程序,获取梁振动的位移时程曲线,采用模态分析确定简支梁模型的固有频率、阻尼比与振型,试验结果表明采用该测振系统实现低频结构的振动测试是可行的。     

振动试验视频图像测试技术

基于数字视频技术,以普通 USB 数码摄像头与 PC 机作为硬件设备设计视频图像测振系统,采用该测试系统识别悬挂集中质量的简支梁模型的一阶模态参数。基于 Matlab 软件编制振动视频采集与图像边缘检测程序,获取梁振动的位移时程曲线,采用模态分析确定简支梁模型的固有频率、阻尼比与振型,试验结果表明采用该测振系统实现低频结构的振动测试是可行的。     

振动响应传递率的动力学特性研究及其在工作模态分析中的应用

振动响应传递率描述了多自由度系统中各自由度响应之间的关系,近年来在多个领域得到了广泛的应用,特别是在工作模态分析方面,获得了瞩目的应用成果。但对于振动响应传递率的动力学特性,一直缺乏完整的、系统的分析。为此,将从振动响应传递率的基础概念出发,对不同输入情况下,振动响应传递率在系统零极点的特性和对系统输入的依赖性进行解析推导分析;然后,通过数值算例对振动响应传递率的特性进行仿真验证;最后,应用振动响应传递率对非白噪声激励下梁结构的工作模态进行了辨识,表明基于振动响应传递率的工作模态分析方法能够避免虚假模态对辨识结果的影响。     

一种振动失调反射光学系统模拟计算的实验分析方法

在光学元件动力学计算模型和光线传输失调模型建立的基础上,形成了一种振动失调反射光学系统的模拟计算方法。分别通过模态实验和振动台实验对系统模型进行验证和修正。实验和模拟的结果对比表明:修正后元件动力学模型的模态参数计算结果和实验结果偏差在5%以内,修正后振动失调反射光学系统模拟计算结果与振动台测试结果偏差在17%以内,得到了可靠的振动失调反射光学系统模拟计算方法,为光学系统的抗振性能分析和减振分析奠定理论基础。     

应变模态分析及其与位移模态的关系研究

振动实验分析中,动态应变信息与位移信息具有互补性,位移响应大的地方应变响应一般较小,反之亦然。基于动态应变测量的应变模态分析理论及参数辨识与基于位移（或速度、加速度）测量的位移模态分析理论同源,但二者之间的理论关系及其相互修正方法缺乏深入有效的研究。以等截面直梁为对象,首先导出激励力-动态应变响应的频率响应函数表达式,讨论应变模态参数的辨识方法。在此基础上,进一步构建属于同一特征值的应变振型与位移振型之间的变换关系,并详细分析应变-位移变换矩阵的特性。仿真算例表明所建立变换关系的合理性与正确性。     

考虑面外振动的轮胎三维环模型

提出了包含面外扭转和面外弯曲振动的三维环模型,并应用于卡车子午线轮胎振动模态分析。在综述轮胎环模型发展的基础上,考虑了大变形应变和非线性应变项、面内面外弯曲和面外扭转三维位移模式,修正文献中的轮胎初始应力和气压功表达式,利用Hamilton变分原理首次建立了三维轮胎环模型的动力学控制方程,并利用模态展开技术得到了三维环模型面内和面外振动固有频率的解析解。该解析解首次建立了轮胎物理参数和轮胎三维振动固有频率之间的解析表达式,为轮胎的动态设计提供了理论指导。为验证三维环模型的准确性,对比了环模型分析、有限元模型和实验模态分析的结果,发现三者之间吻合良好,这证明文中建立的轮胎三维环模型的可靠性和准确性,能抓住子午线轮胎振动的本质规律。