基于模态测试的航空管道动力学响应实验与分析

航空管道是影响飞行安全的关键件之一,针对其动力学特性分析中阻尼比的影响问题,对某航空铝合金管道采用MIMO模态测试,得到其前八阶模态频率和阻尼比;对该管道施加瞬态激励,得到不同点处的时域响应数据;考虑了传感器的附加质量,计算了模态频率,分别基于恒定阻尼比和实验得到的模态阻尼比模型,分析了管道瞬态动力学响应特性,并与实测响应数据进行对比分析。结果表明:采用模态阻尼比计算得到的管道动力学响应不论是响应时间还是响应大小都更接近于实测值,对于航空管道这种安全性要求很高的结构,应尽可能采用模态阻尼比进行计算分析。     

高速滚动轴承-双转子主轴系统离散建模动力学数值仿真分析

在轴承动力学和转子动力学基础上,对航空发动机双转子-轴承系统的动力学特性进行研究.根据Timoshenko梁-轴理论,建立了双转子系统有限元离散化模型,并用数值方法对其求解,研究表明:(1)由于系统非线性特性的影响,系统在多频耦合激励下响应出现激励频率的倍频率及组合频率,系统振动响应异常复杂;(2)中介滚子轴承的径向游隙变化对系统响应有一定的影响,对支撑轴承处的响应影响较小,较小的游隙可使中介轴承和转子系统中心处的响应位移降低,从而使系统趋于稳定;(3)适当增加支撑轴承滚动体个数使支承轴承和转子中心处的响应降低,系统稳定性也增加;(4)采用实验验证分析可知:仿真计算值与实验值变化趋势基本一致,存在一定的误差(误差约有15.6％).分析结果为定量和定性分析该双转子的稳定性提供了参考依据.     

大型压缩机管道系统振动现场测试与故障分析

为了分析大型压缩机管道系统的振动故障，对某油田大型压缩机管道系统进行了现场测试和现场模态实验。利用振动测试与实验模态分析的方法，得到了压缩机管道系统振动分布情况和关键部件的固有频率、阻尼比和相应的模态振型，评估了管道系统的振动情况，分析了产生振动的原因。所得实验数据和分析结果对大型压缩机管道系统的动态设计、改造、监测与运行管理具有指导意义。     

热流环境下航空发动机短环形火焰筒动力学响应特性分析

采用数值仿真分析方法对航空发动机短环形火焰筒结构进行简化处理,构建短环形火焰筒结构模型.通过有限元方法对结构进行流固耦合分析计算,得到火焰筒壁面温度分布及气动压力分布,计算火焰筒结构热模态结果并分析.通过耦合的有限元/边界元法以扩散场的形式对火焰筒结构施加噪声激励载荷,对火焰筒结构多场耦合非线性动力学响应特性进行分析,...     

直线电机进给系统动态性能演化规律数值模拟与试验

为确定随工作台移动进给系统动态响应演变规律,利用达朗贝尔原理建立了工作台处于不同位置的直线电机进给系统动力学模型,基于ANSYS Workbench平台数值模拟分析了工作台处于最左端、中间、最右端位置处的直线电机进给系统模态响应,得到其前4阶固有频率和振型。采用锤击法单点激励多点拾振对两轴联动直线电机进给系统进行模态测试试验,利用LMS测试分析系统得到三种不同位置处的固有频率和振型,试验验证了直线电机进给系统工作台在不同位置移动过程中动态响应数值模拟的正确性和合理性,同时发现随工作台位置变化直线电机进给系统动态特性也随之改变,当工作台处于中间位置时系统模态低阶固有频率大于左右两端位置处,且随着工作台位置的变化系统质量分布出现偏移,为合理确定复杂工况下直线电机进给系统动态时变特性提供依据。     

多源激励下变速箱箱体的动态响应分析与动态测试研究

建立变速箱箱体结构的动态有限元分析模型,综合考虑影响变速箱箱体动态特性的各种动态激励因素,对箱体结构进行约束状态下的数值模态分析、动态加速度和动应力响应分析,同时进行箱体的加速度和动应力台架测试,在时域和频域上对该箱体结构的动态特性进行研究;同时对仿真计算和试验测试结果进行比较分析,结果表明:相同工况下相同测点动态响应结果基本一致,并且误差在10%以内,可以证明该箱体结构的动态有限元模型是比较精确的。     

波源对纵向模态导波在管道中传播的影响研究

针对波源对纵向模态导波在管道中传播的影响问题,建立改进的管道纵向模态导波半解析有限元(Semi-analytical finite element,SAFE)模型,相对先前的SAFE模型,实现纵向模态导波的单独计算求解,提高了计算效率。在此基础上,利用正交模态展开法建立波源对纵向模态导波在管道中传播影响的数学模型,分析数学模型可以看到纵向模态导波的幅值取决于导波的波结构和波源特性。为论证波源对纵向模态导波在管道中传播影响的数学模型,通过数值计算和试验方法,从相同波源激励的不同纵向模态导波之间的幅值关系和不同波源激励的同一模态导波之间的幅值关系两个方面开展研究工作。对比数值计算结果和试验结果,说明建立的波源对纵向模态导波在管道中传播影响的数学模型是可信的。研究结论为设计合适的导波传感器实现在管道中激励特定的纵向模态导波奠定了基础。     

基于遗传算法和神经网络的塔机结构动态优化设计

利用遗传算法和BP神经网络建立复杂结构系统动态优化的计算模型,该模型可代替系统原来的有限元模型,用于振动系统的快速重分析。首先对塔式起重机结构系统进行模态分析及谐响应动力学分析,找出对结构动态特性影响最大的模态频率,再利用灵敏度分析,确定对动态特性较敏感的设计变量作为神经网络的输入变量,并利用正交试验法确定神经网络训练样本,用有限元模型计算出样本点数据,建立反映结构振动特性的人工神经网络模型,最后利用遗传算法对所建立的神经网络模型寻优,得到使结构动态性能最优的设计参数。     

人字齿轮分扭传动系统动力学建模与动态分析

以某航空发动机人字齿分扭传动减速器为研究对象,基于有限单元节点法建立考虑轴、齿轮转子陀螺效应、轴承支撑、系统阻尼及齿轮啮合作用的人字齿分扭传动系统动力学模型,计算人字齿时变啮合刚度,根据实测齿面计算出静态传递误差。根据建立的系统动力学方程,按振动理论方法计算得到轮系典型模态,经试验测试验证了计算模态的正确性;利用NewMark法对系统的时域及频域响应进行仿真计算,计算得到的系统时域响应收敛且存在调制现象,频域分析中存在啮合频率的次频、倍频与轴频。计算结果均与试验结果基本相符。研究工作为航空齿轮传动动态性能分析提供了有参考价值的方法。     

某空压机车架随机振动响应分析

通过建立某公司空压机车架有限元模型,对车架进行模态分析,获得车架固有频率和振型。采用模态叠加法计算车架在路面随机激励下的随机振动,得到车架应力分布及加速度响应曲线,分析了车架的动态特性。并且为验证有限元计算结果进行路面测试试验。在测试中,车架出现裂纹处与有限元计算结果应力集中部位相吻合,验证了有限元计算结果的准确性。     

串并联系统可靠度置信区间估计

针对复杂系统可靠性试验非常少甚至没有做的情况，提出了基于单元信息进行可靠性综合的方法。该方法不需假设系统或单元产品的寿命服从某一分布，减少了因寿命分布选择不当所造成的可靠性和方差的误差。在获得单元可靠性的均值和方差的基础上，利用系统可以分解为单一的串联或并联关系，通过逐步综合获得复杂系统的可靠性均值和方差估计值。利用系统信息熵原理，将部件的试验数据折合为系统的试验数据，获得系统的子样数。由此提出了小子样下的系统可靠性置信区间估计新方法，该方法只假设系统可靠性估计服从正态或对数正态分布。新方法使用限制少，计算简单，适用于系统数据较少的可靠性分析。     

装配误差传递建模及其精度可靠性评估

研究了刚体零件的装配误差建模以及装配精度可靠性评估方法。将零件误差分成位置误差和方向误差,并采用误差矢量加以描述。综合考虑尺寸误差和形位误差,将装配过程误差分成零件内误差和配合面误差,给出主动配合面和被动配合面的定义。针对典型配合面类型,分析误差组成及其计算方法。采用位姿变换矩阵法建立装配误差模型,分析误差在零件内部以及配合面间的传递过程,计算装配总误差并据此确定装配误差的概率分布。给出装配精度可靠度的定义,通过仿真获得装配精度的可靠度指标。以某测量平台的装配过程为例,完成装配过程误差分析和装配精度可靠度评估,验证模型的有效性。     

基于流固耦合的换热管道污垢超声回波检测数值模拟与实验

对换热管道污垢的有限元建模、耦合边界处理进行了分析与讨论,以压力声学与固体力学为理论基础,基于COMSOL Multiphysics中的PDE模式构建平面辐射声源下的声波振动控制方程,采用超声回波法对换热管道污垢厚度进行无损检测,求解不同振动频率下的回波振型和响应时间历程,为检测多层管材时模态和频率选择提供理论依据。针对多组不同管材污垢厚度回波特性,将有限元仿真与测点检测结果进行对比,验证了模型的准确性。基于换热污垢动态模拟实验装置进行了污垢定量实验。结果表明：采用实验和有限元结合的方式实现换热管道污垢超声回波检测的方法是可行的,数值模拟与实验结果吻合,超声波对管道沉积污垢的检测误差在±4%左右,该结果对工程在役换热集输系统的运行和清管具有实际意义。     

150MD24Z7.5型电主轴动态误差和热变形实验研究

电主轴的动态误差和热变形是影响数控机床精度的重要指标,其对定位精度和工件表面加工质量的影响尤为显著。采用主轴误差分析仪,对150MD24Z7.5型主轴的各项动态误差及各方向的热变形量进行实验研究。通过试验结果数据分析,获得了主轴系统在不同转速下的同异步误差、热平衡时间及不同方向的热变形量等,为主轴动态误差补偿和热变形智能预测提供了准确的数据支撑。     

Inverse identification of the mechanical parameters of a pipeline hoop and analysis of the effect of preload

To create a dynamic model of a pipeline system effectively and analyze its vibration characteristics, the mechanical characteristic parameters of the pipeline hoop, such as support stiffness and damping under dynamic load, must be obtained. In this study, an inverse method was developed by utilizing measured vibration data to identify the support stiffness and damping of a hoop. The procedure of identifying such parameters was described based on the measured natural frequencies and amplitudes of the frequency response functions (FRFs) of a pipeline system supported by two hoops. A dynamic model of the pipe-hoop system was built with the finite element method, and the formulas for solving the FRF of the pipeline system were provided. On the premise of selecting initial values reasonably, an inverse identification algorithm based on sensitivity analysis was proposed. A case study was performed, and the mechanical parameters of the hoop were identified using the proposed method. After introducing the identified values into the analysis model, the reliability of the identification results was validated by comparing the predicted and measured FRFs of the pipeline. Then, the developed method was used to identify the support stiffness and damping of the pipeline hoop under different preloads of the bolts. The influence of preload was also discussed. Results indicated that the support stiffness and damping of the hoop exhibited frequency-dependent characteristics. When the preloads of the bolts increased, the support stiffness increased, whereas the support damping decreased.     

Dynamic characteristics analysis and experimental research on a new type planetary gear apparatus with small tooth number difference

Aimed at an internal mesh planetary gear with small tooth number difference (PGSTD) reducer, this paper proposes dynamic characteristics analysis. First, static finite element (FE) analysis is performed to check the structural strength with the stress distribution in the gear teeth. Second, by means of the dynamic contact FE method, the internal dynamic excitations of teeth mesh are obtained, including mesh stiffness excitation, transmission error excitation and mesh impact excitation. According to the established model for dynamic FE modal analysis, the natural frequencies and mode shapes of the planetary gear apparatus (PGA) are calculated, and its structural dynamic response and acceleration noise are researched with the comprehensive consideration of internal and external excitations. Finally, the noise and vibration testing on the PGA is carried out by utilizing the vibration test equipment. The results confirm that the predicted values are consistent with the experimental results.     

纳米精度二维工作台测量镜的面形误差在线检测

针对二维工作台测量镜本身的面形误差以及装调等因素引起面形变化对二维工作台定位精度的影响,提出了一种用于纳米精度二维工作台测量镜面形误差的在线检测方法。利用两路激光干涉仪检测面形微分数据的基本原理,分析了零点误差和积分累计误差对测量镜面形误差检测的影响并提出了改进方法。利用三路激光干涉仪组成两组不等跨度的检测机构,得到两组工作台测量镜面形的原始数据,通过这两组数据之间的关系修正跨度间的面形细节误差,得到了精确的测量镜面形误差量。对此方法进行了理论推导、仿真计算和实验验证,并将结果与Zygo干涉仪测量得到的离线检测结果进行了对比,结果显示其差异在±10nm之间,且趋势有较好的一致性。得到的结果验证了提出的方法可正确测量和真实地还原测量镜的面形误差。     

基于仿真的多分支液冷管路网络流量分配研究

对于大型电子设备的液冷散热系统,为实现冷却介质的传输,需敷设复杂的液冷管路网络,如何合理实现各管路的流量分配,直接关系到设备的安全可靠性及经济性。针对多分支复杂液冷管路网络的流量分配问题,提出一种理论计算与仿真分析相结合的设计方法。以某等分流量液冷管路网络为例,经过理论计算、仿真分析、流阻优化和试验测试,设计的流量分配的准确度高于94%,对工程应用中类似系统的流量分配设计具有一定的借鉴意义。     

基于机构运动精度的可靠性虚拟实验方法研究

基于虚拟样机仿真分析软件ADAMS的虚拟仿真环境,对应用广泛的曲柄滑块机构开展基于可靠性的虚拟实验研究.首先建立机构的虚拟样机,模拟机构真实实验条件,逼真地展现真实的实验场景.实验中通过Monte Carlo计算方法和参数化建模技术,综合考虑机构的尺寸误差和运动副间隙误差对机构运动可靠性的影响.通过虚拟实验分别获取关于执行机构位移、速度、加速度误差的大样本数据,并由此得到误差的分布规律,求取误差的可靠度.最后,以VC 6.0为开发平台,开发了该虚拟实验系统,该实验系统能代替真实实验,使实验次数可以不受限制.     

三坐标测量机在高速测量过程中的动态误差研究

本文研究了三坐标测量机在高速测量过程中的动态误差。以一台移动桥式三坐标测量机为例,分析了其动态误差的产生原因,建立了其动态误差的数学模型,并对动态误差进行了全面的测量和补偿。实验证明,三坐标测量机的动态误差具有一定的重复性,可用软件补偿,从而提高三坐标测量机快速测量的精度。