考虑失谐的弱耦合周期天线结构的振动主动控制研究

建立了弱耦合周期天线结构的动力学计算模型,基于该模型研究了结构失谐前后的振动特性;并应用最优控制方法,对该结构失谐前后振动的主动控制进行了研究;数值仿真结果表明：弱耦合周期天线结构参数的小量失谐会导致结构振动模态产生明显的局部化,失谐前后的振幅之比约为30%;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑失谐的影响,否则会导致振动控制系统的失效。     

基于蚁群算法的航空发动机失谐叶片减振排布优化分析

在实际航空发动机叶盘结构中叶片失谐是不可避免的,并严重影响叶盘系统的振动特性和整个航空发动机的工作性能及使用寿命。通过分析得到对于一组既定的失谐叶片,其在轮盘上的安装排布顺序能很大程度上影响叶盘系统的振动情况,在此基础上,提出了一种新的振动局部化参数来表征失谐系统振动局部化程度大小,同时提出采用人工蚁群算法对叶片安装排序进行优化。研究表明：选择适当的叶片排布顺序可以有效降低叶盘系统受迫振动幅值、减轻系统振动局部化程度,同时也证明本文所采用的方法可行、有效。研究结果对降低叶盘系统振动幅度、减轻系统振动局部化具有重要意义。     

含张力绳网伞状天线模态局部化研究

伞状天线属于典型的循环周期结构,天线肋为复合材料制件,其在尺寸、刚度、质量等方面的加工制作误差是客观存在的,天线肋之间的不一致会导致天线的模态局部化。模态局部化会影响天线的型面保持能力,同时对天线结构的健康带来隐患,因此抑制天线肋的模态局部化是伞状天线设计中不可忽视的问题。结合某型号伞状天线的研制,进行了含张力绳伞状天线结构的动力学理论推导,在天线肋刚度测试的基础上进行了天线结构的模态局部化仿真分析和试验。分析及试验结果显示,在张力绳刚度达到3.0N/mm后,天线结构由弱耦合系统转换为强耦合系统,天线肋的模态局部化得到有效控制。     

含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化

针对离心压缩机在复杂运行工况下的失谐与裂纹问题,研究裂纹与失谐对叶轮结构振动响应和振动局部化的影响规律。首先,采用三维有限元模型建立具有复杂几何形状的叶轮结构的定量分析模型,并通过在裂纹界面上定义接触的形式模拟裂纹的呼吸效应。其次,通过采用混合界面模态综合法对系统自由度进行缩减,以解决了采用三维有限元模型分析非线性系统动态响应时所存在的计算量大和收敛困难的问题。最终,采用Monte Carlo方法对含裂纹的失谐叶轮结构进行统计分析,研究随机失谐和裂纹故障对叶轮结构振动局部化的影响规律。结果表明裂纹和失谐都会对结构的振动响应产生显著的影响,并会导致振动能量的集中和振动局部化现象。     

裂纹叶片分布对失谐叶盘结构振动特性的影响*

摘要：基于有限元实体建模方法,建立了含穿透型裂纹的失谐叶盘结构有限元模型,揭示了两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构振动特性的影响规律。研究表明,两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构的基频以及模态局部化程度均有较大影响,并发现当两个裂纹叶片处于相邻位置时,失谐叶盘结构的基频最小,模态局部化程度最高,且该现象在弱耦合条件下尤为突出。而离心力(转速)对含两个裂纹叶片的失谐叶盘结构振动局部化有减弱作用。     

随机失谐周期压电Timoshenko梁的波动局部化研究

基于Timoshenko梁理论,考虑基梁和压电片的转动惯量和剪切效应,采用有限元法和传递矩阵法建立了振动波在表面周期性粘贴压电片的轴-弯耦合Timoshenko梁中的传播模型,并利用Lyapunov指数及局部化因子分析了几何尺寸和材料特性随机失谐对结构波动局部化的影响。数值分析表明,对于周期压电梁而言,不同基梁材料对结构的频带特性会有较明显影响;而基梁长度及压电材料参数的随机失谐对频带性质和波动局部化程度的影响则十分有限,通过调整结构模型参数仅能微调此梁的波动特性。分析结果对压电周期结构的优化设计和振动控制研究提供了理论参考。     

含摩擦与间隙的失谐叶盘系统振动局部化研究

 针对叶片榫头与轮盘榫槽连接处间隙及摩擦,基于叶盘结构典型集中参数模型,建立含干摩擦、间隙的非线性动力学方程,研究失谐叶盘系统振动局部化。在叶身刚度随机失谐下分析叶盘系统对不同耦合刚度的固有特性及共振响应。结果表明,非线性谐调叶盘系统亦出现振动局部化现象。利用振幅放大系数对线性、非线性失谐叶盘系统振动响应局部化研究,振幅放大系数呈失谐阈值现象,且非线性干摩擦、间隙作用会降低失谐系统振动响应局部化程度。而谐调叶盘系统非线性振动,随气流激励力频率变化,系统呈非简谐单周期运动、多周期谐波运动、混沌运动等多种动力学行为。失谐因素存在会使非线性失谐叶盘系统动力学行为更复杂。     

非均匀加筋圆柱薄壳圆截面内振动的径向模态机械阻抗分析

提出圆柱薄壳的圆截面内运动假设,从声学角度将环肋对壳体的作用等效为径向作用力,根据Hamilton原理建立了简支非均匀加筋圆柱壳的振动控制方程,利用驻波形式解对其径向模态机械阻抗进行了研究。分析表明:对于加筋圆柱壳,环肋与圆柱薄壳的径向模态机械阻抗具有串联连接方式,通过调整环肋的几何参数增大环肋自身的径向模态机械阻抗,可以达到壳体减振降噪的目的,并指出了利用环肋的反共振特性进行加筋圆柱壳结构减振的设计方向。     

结构振动控制系统最优控制力及控制作用最优分布的一般算法

基于随机最优控制的分离原理,在独立的模态空间中,得出了结构振动控制系统最优控制力、控制作用最优分布、结构振动控制系统受控响应、结构振动控制系统控制溢出等问题的一般算法,阐明了这些问题对应用研究及工程实践的理论意义。     

基于构件模态失谐模型的涂层整体叶盘失谐辨识

涂层整体叶盘失谐参数辨识是研究整体叶盘涂层减振设计的重要基础,基于构件模态失谐模型(CMM)提出了一种涂层整体叶盘失谐辨识方法。在简要介绍该失谐模型的基础上,根据涂层整体叶盘复合结构的特点,进行了质量失谐与刚度失谐辨识方法的理论推导,其中对质量失谐的辨识方法进行了近似处理;给出了失谐辨识的操作流程,包括质量及刚度失谐模态参与因子计算、质量失谐辨识、求解正则坐标向量和刚度失谐辨识等4个步骤;按照所提出的辨识流程和算法对一个简化的涂层整体叶盘进行了失谐辨识实践,得到了该叶盘质量和刚度失谐分布。按照辨识结果重新建立了一个新的失谐整体叶盘分析模型,通过对比由该模型与原涂层整体叶盘有限元模型获得的叶盘固有特性证明了辨识结果的合理性。     

失谐叶盘结构振动响应局部化实验研究

基于作者提出的预测失谐叶盘结构最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式的方法,利用搭建的行波激励实验系统,针对典型的整体叶盘结构模型试件进行了失谐振动响应局部化实验。首先通过有限元仿真确定失谐叶盘振动响应局部化实验所需的最坏失谐模式,然后经过数据采集与后处理得到行波激励下失谐叶盘结构的强迫响应,通过实验验证了失谐跳变-强迫响应局部化现象,实验结果与理论分析取得较好一致性。     

桥梁结构工作模态分析的不确定度量化

为了量化工作模态分析的不确定度,以随机子空间识别为例,用两种方法对识别的固有频率和阻尼比不确定度进行量化：第一,用不同测试组识别的模态参数的数学期望和标准差衡量其整体大小和离散程度,构建模态参数的整体置信区间;第二,引入了以矩阵敏感性分析的单个测试组识别的模态参数不确定度量化方法,并构造带置信区间的稳定图。以菜园坝桥拱肋试验数据作为工程实例进行了验证。研究表明：构建的整体置信区间弥补了目前对模态参数的单一评价模式;带置信区间的稳定图能让测试者分辨出结构真实模态和虚假模态;两种方法能分别从整体和局部反映识别的模态参数不确定度;为评价用工作模态分析方法来识别的模态参数的可信程度提供了依据。     

基于定转子齿开槽的开关磁阻电机振动噪声抑制EI北大核心CSCD

振动噪声的抑制是近年来开关磁阻电机研究的热门领域。根据麦克斯韦张量法理论分析了径向磁拉力减小的原理,通过在定子齿顶、转子齿两侧同时开矩形槽,增大了定转子间气隙长度的同时又将一部分沿径向方向的磁通密度改变为切向方向,减小了径向磁拉力,达到抑制电磁振动的目的。利用参数化扫描的方法,对开关磁阻电机的开槽参数进行了优化,得出开槽尺寸,并对比分析开槽前后电机的径向磁拉力。运用Ansys Workbench模块分别对定转子齿开槽前后的电机定子进行模态、谐响应以及噪声分析,得到其模态固有频率、模态参与因子、振动响应频率以及声压频谱。分析结果表明:该方法有效减小了开关磁阻电机的径向磁拉力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。     

基于微动滑移摩擦模型的失谐叶盘系统振动分析

在航空发动机叶-盘系统中,由于叶片失谐导致严重的振动局部化,造成局部叶片的高周疲劳,拟采用增加叶根干摩擦的方法降低失谐叶-盘系统振动幅值,减轻其振动局部化程度。基于微动滑移摩擦模型建立叶根阻尼器干摩擦力本构关系,采用等效椭圆代替阻尼器力与位移函数关系的迟滞回线,获得阻尼器的等效阻尼、等效刚度;将等效阻尼、等效刚度作用于叶-盘系统集中参数模型上,建立单个扇区三自由度整周失谐叶-盘系统动力学方程;采用谐波平衡法对其进行振动特性分析,讨论了叶根干摩擦对失谐叶盘系统振动特性的影响。结果表明:叶根摩擦能显著降低系统共振幅值;有叶根摩擦系统较无叶根摩擦系统的共振峰在频率上延后;增加叶根摩擦可有效降低失谐叶-盘系统的振动局部化程度。     

两种被动减振阻尼器的参数选择和量化分析

调谐质量阻尼器(TMD)是常见的一种阻尼器,而近年来在汽车行业中应用的机械式惰性阻尼器(IRD)是基于两端之间的相对位移工作的被动阻尼器,具有惯性质量放大的特点。在具体应用时,选择合适的阻尼器参数来获得较优的结构振动性能或足够大的阻尼,缺乏理论指导。本文总结了能用于定量描述TMD和IRD阻尼器参数和结构固有模态之间关系的方法,并研究了阻尼器安装位置对阻尼器参数的影响。结果表明IRD和TMD具有不同的工作原理,IRD安装在悬臂梁根部能更有效地使结构达到模态阻尼目标,而TMD安装在悬臂梁尖端工作更为有效。在参数量化过程中,柔性结构的非共振模态的影响不可被忽视。本文的研究在阻尼器最优参数选择用于调谐柔性结构振动模态的应用中具有重要的意义。     

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。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

《简支板辐射噪声的结构优化控制与仿真》

以简支矩形板为例,利用时域声辐射模态进行噪声的结构优化控制。已有研究表明时域辐射模态能独立地辐射声功率,并且振动结构辐射的声功率主要由第一阶辐射模态的声功率决定。在此基础上进行简支板辐射噪声的结构优化控制,并对最优控制力源的位置进行了讨论和分析。最后设计自适应前馈控制系统对控制效果进行仿真验证。     

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。     

弱耦镜像对称工程结构模态局部化度的结构参数表征

模态局部化现象对弱耦镜像对称工程结构的动态分析与主动设计至关重要。基于小参数摄动理论,针对由左右两个完全相同但在几何上互为镜像的子结构所组成失调对称结构,用峰值振幅比定义模态局部化度,重点建立了预测模态局部化发生的定量判据。该判据确立了局部化度的具体数值与结构的几何、质量及弹性等参数之间的直接影响关系。以此为依据,可实现通过失调量的主动设计达到灵活控制模态局部化强弱程度的目的。对一个弱耦近频对称结构的单边刚度失调模型的局部化振动的数值分析结果表明:（1）联结刚度失调产生的模态局部化对失调对称结构的振型将产生显著的影响;（2）验证了所提出的模态局部化定量判据及局部化度的结构参数表征的可行性和有效性。