结构动态设计

简要地介绍了作者在结构动态设计方面的的研究工作及其工程应用,其内容涉及,有多阶固有频率、多阶固有频率与节线位置、多阶固有频率与不同完全振型等要求的结构动态设计;边界条件,组合结构、动态设计、结构动态模糊优化设计,特征向量、振动响应灵敏度分析。     

通过边界条件的设计控制结构固有振动特性

研究了通过设计结构的边界支撑条件来控制其固有频率和振型节线位置的方法。对较少的边界支撑条件进行设计，就可达到对较多的结构参数进行设计所能获得的效果，这在理论和实践上都具有一定的价值。为验证这一思想，文中给出了一个计算实例及其实验结果。     

热应力对机翼结构固有频率的影响分析

研究了热应力对飞行器机翼结构固有频率的影响。用ANSYS建立机翼结构有限元模型,计算了均匀温度场、非均匀温度场和非均匀可变温度场条件下的结构热应力分布和振动模态。根据固有振动的结构变形,分析了热应力对固有频率的影响效应。研究结果表明,热环境下机翼结构因材料属性的退化导致固有频率下降,但对于振型节线处于翼面内部的振动模态,附加热应力刚度矩阵在结构总刚度矩阵变化中起主导作用,使该阶固有频率增大。     

矩形薄板通透开裂缝对固有频率和模态的影响分析

针对四边固支矩形板薄受到通透开裂影响,引起模态中固有频率和模态振型变化的问题,对两种开裂位置中不同开裂长度进行了研究。首先,应用ANSYS软件建立有限元模型;然后,对开裂裂缝平行于薄板短边且位于板中心(对称开裂)和不位于板中心(不对称开裂)的各25种裂缝长度进行了仿真计算,获得了薄板的固有频率和模态振型。分析结果表明,裂缝的长度和位置影响矩形薄板的固有频率和振型;开裂的缝长和开裂中心位于节线上或者附近是产生模态交叉的两个重要因素,可为板结构开裂的检测提供依据。     

薄壁环形零件有限元分析和振动控制

以有限元动力学仿真分析结果和模态实验验证得到薄壁环形零件前4阶固有频率及振型,并通过频率响应分析得到主振型。根据主振型薄弱位置分布确定辅助支撑位置,从而达到增强刚度、控制振动的目的。试验结果表明,增加专用夹具后,其1阶固有频率从1451 Hz提高至2308 Hz,振幅普遍降低,因此设计的夹具振动控制效果显著。     

裂纹齿轮动力特性分析与模拟

建立了齿轮的动力学模型 ,分析了齿轮轮齿发生裂纹后的动力特性 (固有频率、振型等 ) ,并对裂纹出现位置和裂纹尺寸等对齿轮动力特性的影响进行了深入探讨和计算机模拟 ,指出裂纹发生位置对齿轮轮齿振型影响较大 ,在裂纹发生处振型发生突变 ;而裂纹尺寸对其振型和固有频率影响都较大 ,当出现裂纹后固有频率发生下降 ,振型也发生变化 ,随着裂纹尺寸增加 ,固有频率下降更加显著 ,各阶幅值下降大小不一 ,振型也与无裂纹的情况完全不同。这对齿轮的损伤监测和诊断具有重要价值     

裂纹对齿轮轮齿结构振动的影响

建立具有裂纹的齿轮轮齿的动力学模型，分析齿轮轮齿发生裂纹后轮齿结构的动力响应及动力特性，并对裂纹出现位置和裂纹尺寸对齿轮结构动力特性的影响进行深入探讨；通过分析计算和有限元数值模拟验证表明，裂纹发生位置对齿轮轮齿振型影响较大，在裂纹发生处振型发生突变；而裂纹大小对其振型和固有频率影响都较大，当裂纹出现后齿轮固有频率发生下降，振型也发生变化，随着裂纹深度的增加，固有频率更加下降，低阶下降显著，而高阶下降缓慢，振型也与无裂纹的情形完全不同。这显示出裂纹对齿轮轮齿结构振动的影响随裂纹尺寸的增加而强烈。     

用附加质量和刚度修改结构固有频率与局部振型

对在结构局部自由度上附加质量与刚度，从而使结构某阶固有频率与局部振型分量满足给定设计要求的动力修改问题提出了一种求解方法。本文方法仅需利用结构局部自由度上的动柔度参数，计算过程简便。给出了一悬臂梁的固有频率与局部振型修改算例来说明方法的有效性。     

双斜盘同步旋转内功率分流无级变速器动力学仿真分析

输出轴是该变速器的一个重要元件,通过Pro/E建模,基于动力学有限元基本理论,应用ANSYS/MULTIPHYSICS模块对输出轴进行结构动力学模态分析,得到五阶固有频率及振型,分析结果满足设计要求。     

机架固有频率优化的结构设计

面向自动化装备机架结构的优化需求,提出了一种基于固有频率优化的结构设计方法。根据外部激励的幅频曲线和机架最大振幅与刚度、质量之间的关系曲线图,获得了频率优化边界条件。通过模态分析得到各阶固有频率与振型,并根据灵敏度系数给定设计变量范围,基于固有频率约束与质量最轻目标给出了优化设计函数,进行了机架结构优化设计。最后利用ANSYS Workbench谐响应分析验证了优化后的模型较原模型极大程度地改善了机架的动力学性能。优化设计方案提高了机架固有频率,优化了其振动特性,满足生产实际要求;该固有频率优化方法具有一般性,可用于类似支撑结构的优化设计。     

受弯梁中开裂纹的位置识别与分析

利用有限元计算判定受弯梁中开裂纹的位置 ,从中得出 :同正常梁相比 ,裂纹梁的固有频率与振型的变化不但与裂纹深度而且与裂纹位置有关 ,因而 ,通过裂纹梁低阶固有频率及振型的变化情况可以判定裂纹的位置。对于裂纹较浅的情况 ,直接利用振型与固有频率的变化很难判定裂纹的位置 ,必须借用一些特征参数来提高识别的敏感性 ,这样 ,裂纹梁中早期裂纹的识别也是可行的     

Free vibration analysis of point-supported plates by vibration testing technique

Sweep sine-wave testing is applied for the identification of dynamic characteristics of a four-point-supported square plate with free edges. The idea behind the method is to make use of free vibration time-response data such as acceleration to determine the natural frequencies and associated mode shapes. To compare with the theoretical results, detailed experimental results have been obtained for the various support locations lying at specified positions along the plate diagonals. The natural frequencies and associated mode shapes for the first five modes have been predicted, and the variation of natural frequencies with various support positions have been analyzed for the first symmetric and antisymmetric modes. It is found that the experimental results are generally in reasonable agreement with the theoretical ones.     

凸轮轴磨床砂轮架试验模态分析

应用锤击法和基于变时基采样的SIMO法,对凸轮轴磨床砂轮架进行了试验模态分析,获得砂轮架的前3阶固有频率、振型及其相应的振型。在此基础上进行了砂轮架的结构动态分析,得到其结构动态特性,为机床的结构动态设计及其优化提供参考。     

行星齿轮传动固有频率的统计特性分析

建立了2K-H直齿行星齿轮传动平移-扭转耦合模型,分析了行星传动的固有特性。基于传动系统的三种典型的振动模式(扭转振动模式、平移振动模式和行星轮振动模式),以及有关的特征敏感度计算方法,引入随机参数,以解析形式给出了三种振动模式固有频率的统计量计算方法,并对模态跃迁造成的方差突变现象做了初步研究。指出在发生模态跃迁的参数敏感位置,参数的随机性导致了行星齿轮传动的动态特性不稳定,在动态设计中应小心避开。仿真结果证明了所得结论的正确性。     

五轴联动铣床的实验模态分析

对五轴联动铣床采用锤击脉冲激励法和变时基采样方法进行实验模态分析,获得机床的各阶固有频率、振型及其相应的振型动画。在此基础上进行机床的结构动态分析,得到其结构动态特性,找出机床的结构薄弱环节,提出提高机床整体结构动态特性的方法,为机床的结构动态设计及其优化提供依据。     

2K-H行星传动的修正扭转模型建立与固有特性分析

建立了2K-H均布行星传动的修正扭转模型,以揭示系统的固有频率与振动模态特性。该模型在纯扭转模型的基础上,进一步计入了行星轮轴心沿系杆切向的位移与行星轮轴的轴承支承刚度对系统动力学性能的影响。无阻尼固有特性分析表明,2K-H均布行星传动中存在三种典型的振动模式,即中心构件扭转振动模式、行星轮扭转振动模式与行星轮平移振动模式。求解相应的子特征值问题,获得了两种行星轮振动模式所对应的系统固有频率的封闭解析表达式。固有频率的参数灵敏度分析表明,行星轮轴的轴承支承刚度是影响2K-H均布行星传动的一阶固有频率的关键因素。固有频率敲击试验表明,与纯扭转模型相比,修正扭转模型更具工程应用价值,可用以指导2K-H均布行星传动的动态设计。     

ANSYS在数控机床模态分析中的应用

建立了主轴的三维有限元模型，并利用大型有限元分析软件ANSYS，对主轴部件进行了模态分析，得出了主轴前五阶固有频率和振型，了解主轴部件的各阶振动模态的特点，对于研究主轴部件的动态特性是十分必要的，有利于机床主轴系统的整体设计及其制造。     

ANSYS在数控机床模态分析中的应用

建立了主轴的三维有限元模型,并利用大型有限元分析软件ANSYS,对主轴部件进行了模态分析,得出了主轴前五阶固有频率和振型,了解主轴部件的各阶振动模态的特点,对于研究主轴部件的动态特性是十分必要的,有利于机床主轴系统的整体设计及其制造。     

On the vibration of imperfect circular disks

An analytical method is presented for vibration analysis of a rotating circular disk with distributed imperfections such as the nonuniform thickness, density. Young's modulus, Poisson's ratio and the odd distribution of internal stresses. In this paper, the linear governing equation of the disk is formulated, and then the relation between each imperfection and the split of degenerate modes is derived. In the derivation, the distributed imperfection, which is a periodic function of angular position, is expanded as a Fourier series. The derived simple relation suggests that the zeroth order imperfection causes the shift in the natural frequencies of all modes, whereas the 2m-th order harmonic imperfection results in the split of the natural frequencies, with the equal magnitudes but with different signs, for a pair of original degenerate modes with m nodal diameters.