汽车空气滤清器的模态分析及结构优化

汽车空气滤清器的表面板壳非常薄,高速气流从进气系统流过时将激励薄板结构产生振动,进而辐射出强烈的噪声,提高滤清器结构动态刚度是减小辐射噪声的有效途径,但刚度的提高通常伴随着质量的增加,实际中希望以最低的结构质量获得最大的动态刚度.针对上述问题,建立了空气滤清器的有限元模型,对其进行了模态分析.从前4阶模态分析结果找出了滤清器上下壳体的薄弱环节,然后通过调节上下壳体壁厚及合理布置加强肋的方法进行结构优化.经优化得到了一种壳体壁厚为3.5mm,加强肋厚度为2.5mm的结构优化设计方案.分析结果表明,滤清器的基频从157.1Hz提高到188.7Hz,提高了20.1％.模态测试表明,结构1阶固有频率为184.4Hz,有限元分析误差为2.3％,优化后的结构提高了低阶固有频率,降低了辐射噪声.     

单机头电脑刺绣机横梁的模态仿真

该文以RF1201型电脑刺绣机的横梁作为研究对象,运用有限元分析的方法,对其施加满足实际工况的约束,在计算机容量允许的情况下,选择精度更高的单元和划分更细的网格密度,计算出横梁的模态频率以及模态振型.为了验证有限元法计算结果的正确性,又通过实地的振动试验,具体测出了横梁的共振频率,验证了有限元计算结果的正确性.利用经过验证的有限元模型,在计算机上作结构改进仿真设计,以期找到提高横梁共振频率的措施.通过多种方案比较,发现单独增加横梁的厚度,将大幅提高刺绣机的成本,本文采用在横梁下侧增加一根加强筋,形成一个三角形稳定结构,可以实现在不改动电脑刺绣机其他零件尺寸的前提下,提高横梁的模态频率,使电脑刺绣机更不易发生共振.     

梁单元在空间相机结构中的应用

空间相机结构的加强筋,工程分析常常采用的是壳单元来模拟.本文研究了梁元在空间相机上的适用性,并采用梁单元来模拟加强筋建立有限元模型.从而使计算速度更快,设计更具柔性化,结果信息更多.梁模型模态分析结果与实验对比,三个方向基频的误差均在工程实际允许的范围内,并且比壳模型的分析结果更好,说明了梁单元在空间相机结构中的适用性.     

压电风扇振动方程和速度场的数值分析

通过ANSYS建立压电风扇的简化模型,对压电风扇进行模态分析,得出1阶模态下的共振频率为51.19 Hz;通过瞬态分析得出风扇上给定点的最大振动位移和振动特性,拟合出压电风扇处于最大位移时的振动曲线;得出压电风扇在整个工作过程的振动函数方程;通过此运动方程编写用户自定义函数（User Defined Function,UDF）在FLUENT中计算出压电风扇周围最大速度为1.94 m/s,沿流道长度方向上的速度约为0.73 m/s.     

胶印机的结构优化

为提高胶印机在高速工况下的印刷质量,建立某型胶印机结构动力学模型,通过仿真准确识别及分析其振动模态和动态特性,发现墙板结构不合理是诱发整机在激振力作用下产生较大振动的重要原因;以机架前4阶固有频率加权值作为评价机架动态性能的标准,利用灵敏度分析方法分析墙板筋板参数对其动态性能的影响,并进行结构优化设计. 优化结果表明机架第1阶固有频率提高18.1%. 该方法可以提高胶印机的动态性能,增强其产品竞争力.     

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究。实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型。为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比。试验结果表明,在0~500Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。     

轨道扣件检测系统机械结构随机振动疲劳分析

轨道扣件检测系统机械结构包含吊臂系统、减振器、梁体、摄像安装系统等部分.针对机械结构疲劳振动设计要求,对其进行模态分析、分别提取前六阶模态.仿真结果显示,其固有频率范围避开了各传感器的共振频率区域,不会影响轨道扣件的正常巡检;采用Miner线性疲劳累积理论和高斯分布的三区间法,根据国标对机械机构加载第二类转向架的标准随...     

直杆式光纤水听器探头动力特性分析

光纤水听器(FOH)探头技术是FOH系统的基础,探头的动力特性直接影响水听器动态响应的幅频特性、响应范围和带宽.分析了直杆式FOH探头的自由振动特性,用Rayleigh法导出了其基频计算的理论公式,全面地分析了FOH探头基频的影响因素,并利用ANSYS对其前几阶固有频率和模态进行了模拟分析.基频的数值模拟结果与理论计算结果比较吻合,最大偏差为5.05%.基频理论计算公式对水听器探头的参数优化设计具有指导意义.     

基于Ansys的悬臂式簧片振动模态仿真和分析

运用Ansys软件对悬臂式簧片振动模态进行了有限元分析,得到簧片十阶之内的振动频率和振型变化,并将仿真结果与Matlab计算结果进行比较,同时考察了长度、宽度和厚度变化对簧片模态的影响规律,并采用响应面分析法得到长度、宽度和厚度与簧片基频之间的回归方程及各因素对基频的影响显著性。结果表明,簧片的振动频率随着阶次的增加而增大;Ansys仿真得到的频率和振型变化与Matlab计算结果基本一致,误差较小;振动频率随长度和宽度的增加而减小、随厚度的增加而增大;簧片长度和厚度对基频的有显著影响,而宽度对基频的影响不大,影响显著性顺序为:长度厚度宽度。本研究可为悬臂式簧片的结构设计及动态特性分析提供理论依据。     

弹性支撑下风电机组传动系统结构动力分析

考虑水平轴风力发电机组齿轮箱弹性支撑的柔性连接特性,基于集中质量思想和拉格朗日方法,建立风力发电机传动系统多体动力学模型,研究了齿轮箱弹性支撑对传动系统结构动力学特性的影响.利用动力学模型和模态分析方法,得到了由弹性支撑耦合到系统后的模态频率,并获取了在该模态激励下的模态动能分布.采用变参数方法进行传动系统模态对齿轮箱弹性支撑刚度变化的敏感性分析,利用模态叠加法进行齿轮箱体的动响应分析.数值求解结果和分析表明,考虑齿轮箱弹性支撑的传动系统某阶固有频率即为弹性支撑下齿轮箱体振动主模态;弹性支撑线刚度对传动系统低频率固有模态存在一定影响;齿轮箱体振动分析时应考虑1阶和2阶的低频模态较为合理.本研究工作对传动链系统方案可靠性设计和抑制传动链振动的加阻控制提供了一定理论基础.     

具有高位移增幅特性的柔顺并联式x-y-θ微动平台

考虑到微装配和微操作任务对微动平台高位移增幅比、多自由度和低输出耦合比的要求,结合柔顺放大机构和复合平行四边形机构,设计了一种并联式x-y-θ微动平台．首先根据伪刚体方法得到了微动平台的静、动力学模型,然后采用有限元仿真分析了平台的输出位移、转动角度、共振频率和输出耦合比,最后搭建实验测控系统验证了微动平台的开环性能．实验结果表明：微动平台在x和y轴方向的位移增幅比分别为8.1和8.3;当输入位移为20μm时,平台的行程为162.2μm×165.6μm×2547.1μrad,x、y平动方向的1阶共振频率为224.6 Hz和227.7 Hz,x与y轴方向平动时的输出耦合比分别为0.86%和0.91%．位移增幅比和1阶共振频率的实验结果与有限元仿真之间的相对误差分别小于27.2%和6.4%,故而实验测试验证了理论模型和有限元仿真分析的有效性．     

汽车燃油喷射系统用磁致伸缩驱动构件的 建模与特性研究

针对传统发动机喷射系统存在的非无级控制及喷射量难于精确最小化的问题,论文提出一种利用磁致伸缩致动器直接驱动喷嘴针控制燃油喷射过程的磁致伸缩喷射系统.通过调整磁致伸缩材料变形量以快速无级控制喷射器开合尺寸及喷射量.以基于多值函数算子现象学方法的磁滞理论为基础,结合对致动器系统的动力学特性分析,建立了包含磁滞损耗特性的位移模型.结果表明,模型可较准确描述磁致伸缩驱动构件的位移幅值及频率特性,位移预测平均相对误差约为5.6%;系统一阶谐振频率和位移峰值分别为380 Hz和50μm.研究结果为改善喷射系统性能提供一种新方法.     

电容式微机械陀螺双环路闭环驱动电路研究

为了提高微机械陀螺系统的检测灵敏度,对微机械陀螺系统的驱动电路进行了研究.分析了微陀螺闭环驱动系统理论,基于此提出一种双环路闭环驱动方法,并且利用数学工具simulink建立系统模型,验证此方法的可行性,最后设计完成相应电路.此方法引入锁相环实现闭环驱动电路的稳频控制;采用自动增益控制器(AGC)实现恒幅控制.利用Hspice完成电路级仿真.结果表明,微机械陀螺双环路闭环驱动电路建立稳定振荡的时间为45 ms,稳定振荡频率为2.7553 KHz,频率偏差为0.1 z,频率抖动为0.056563 Hz.相对于传统的AGC闭环驱动电路,此闭环驱动电路建立稳定振荡时间缩短了30.77%,频率稳定性是传统AGC闭环驱动电路的32.72%.微机械陀螺环路闭环驱动电路提高驱动信号性能,对于微机械陀螺检测灵敏度的提高有着重要意义.     

Nature of sensitive high-order resonant modes in piezoelectric excited millimeter sized cantilever (PEMC) sensors

High-order resonant modes of piezoelectric-excited cantilever (PEMC) sensors were previously shown to be very highly sensitive at 0.3-2 fg/Hz for in-liquid applications. The purpose of this work is to show experimentally and with finite element model (FEM) simulations that such sensitive modes are strongly influenced by the sensor width, suggesting that the sensitive modes are torsional or buckling modes. From experimental observations the resonant frequency of high-order modes had a strong dependence on width, where a sensor with a smaller width had resonant modes at a higher frequency. Also the FEM simulations indicate that in this frequency range there are resonant modes with a buckling nature that change for a decrease in width, consistent with experimental observations. In order to establish that the width-dependent modes are mass-sensitive in liquids, resonant frequency change to density changes in flow experiments under fully liquid-immersed conditions were determined. Average frequency shifts of 475 ± 49 Hz (n = 5), 533 ± 31 Hz (n = 5), 715 ± 103 Hz (n = 5) and 725 ± 37 Hz (n = 5) were obtained for the four designs investigated in response to a density change of 0.0118 g/cm³. The results show that the resonant frequency response to variations in the geometry provides insightful data on the role of width in PEMC sensor design.     

不等基频硅微谐振式加速度计

分析了硅微谐振式加速度计的两个谐振器在谐振频率相交点附近区域产生耦合的原因,设计了一种新型的不等基频硅微谐振式加速度计,并对其进行了有限元仿真.该加速度计由质量块、放大惯性力的杠杆机构以及一对尺寸不同的谐振器组成.采用DDSOG工艺加工.利用ANSYS有限元软件进行仿真,结果表明加速度计上谐振器的谐振基频为124 67...     

谐振式微机械加速度计设计的关键技术

谐振式微机械加速度计直接输出频率信号,具有稳定性好、精度高的特点.分析了谐振式微机械加速度计的工作机理,建立了第一级敏感结构、杠杆机构和第二级敏感结构的数学模型,指出了实现高灵敏度加速度测量的关键技术在于支撑梁、质量块、谐振器和杠杆机构的设计.提出了一种谐振式微机械加速度计结构,进行了结构的优化设计和仿真计算,得出的性能指标:谐振频率98 858 Hz,Q值673.9,灵敏度24.52 Hz/gn.     

Tunable MEMS piezoelectric energy harvesting device

This work is focused on low frequency (<300 Hz) vibrations due to the fact that many industrial and commercial devices operate at those frequencies. The aim of the present work is to model by numerical simulation a Si cantilever beam with an AlN piezoelectric layer concept that tunes its resonant frequency post-processing, while reducing the separation of the first two modes of resonance in order to broaden its quality factor and, therefore, to harvest more environmental energy. This paper investigates by numerical simulation the influence of perforating sections of the Si beam has on the resonant frequencies of the cantilever. The authors have found that the distance between these modes is decreased by 30 % when 0.002 mm³ is extracted in a specific location of the initial structure. This difference between modes can be reduced above 80 % if a volume of 0.004 mm³ in a specific part of the initial design is subtracted. In these conditions, the first mode is decreased about 20 % the initial value and the second mode about 60 %.     

应用于硅微机械谐振式传感器的频率计

针对硅微谐振式传感器频率测量中精度低的弊端,依据周期测频法原理,设计了一种基于FPGA的测频周期自调整频率计。首先在一个待测信号周期内,对标准信号的上升沿进行计数,粗略计算出待测信号频率和周期。据此对标准信号的上升沿重新计数,从而精确测量出待测信号的频率。测量后的频率信号经过RS-232串行通信接口送入PC上位机,可以实现频率数值的实时显示和储存。测试表明：采用该频率计测量1 Hz~2 MHz方波信号的相对误差可以达到10-7量级。利用该频率计测量谐振式传感器闭环自激测量电路输出的谐振频率信号,频率信号稳定在1 Hz以内。     

Structure design and fabrication of a novel dual-mass resonant output micromechanical gyroscope

A novel dual-mass resonant output micromechanical gyroscope is proposed which utilizes resonant sensing as the basis for Coriolis force detection instead of displacement sensing. It can overcome the shortcoming of single-mass resonant output micromechanical gyroscope and can reduce the common mode acceleration error by using a dual-mass topology structure and lever differential mechanism. The structure and operating principle of the device are introduced. Moreover, some important theoretical analyses of the gyroscope are provided in detail. The analytical results have shown that the resonant frequencies of vibrating mass and double-ended tuning fork resonators are 3.153 and 62.853 kHz. The device has a frequency sensitivity of 12.535 Hz/deg/s and a mechanical noise floor of $ 7.957\deg /{\text{h}}/\sqrt {{\text{Hz}}} A novel dual-mass resonant output micromechanical gyroscope is proposed which utilizes resonant sensing as the basis for Coriolis force detection instead of displacement sensing. It can overcome the shortcoming of single-mass resonant output micromechanical gyroscope and can reduce the common mode acceleration error by using a dual-mass topology structure and lever differential mechanism. The structure and operating principle of the device are introduced. Moreover, some important theoretical analyses of the gyroscope are provided in detail. The analytical results have shown that the resonant frequencies of vibrating mass and double-ended tuning fork resonators are 3.153 and 62.853 kHz. The device has a frequency sensitivity of 12.535 Hz/deg/s and a mechanical noise floor of 7.957deg/\texth/?{\textHz} 7.957\deg /{\text{h}}/\sqrt {{\text{Hz}}} in air. The finite element simulation results verify the accuracy of analytical algorithms. The common mode acceleration error of device can be reduced by 97.6%. The device is fabricated by SOG (Silicon on Glass) micro fabrication technology. Some important performances are measured by experimental method. The micromechanical gyroscope can be used to estimate the rotation rate by further implementing the signal processing electronics.     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.