深水海底管道悬跨涡激振动响应研究

在目前为止海底输油(气)管线是我们国家的生命线工程,所以它的安全发展对于我国的海洋石油开采和国家经济发展有着很重要的关系。因为海洋的条件环境是非常复杂的,在海流、波浪等条件下一起联合作用下再加上管线自身变形就会产生管跨。海水流经管跨的时侯有时候产生的周期性的涡旋发放也就是涡激振动。管跨的疲劳振动、涡激共振是引起管跨段失效的主要原因,现在对海洋资源的开发已经进入深水区域。因此,十分有必要进行对深水海底管道的涡激振动疲劳失效进行分析和研究。     

基础激励下桥梁斜拉索的非线性振动

在考虑拉索垂度的情况下建立了深圳湾公路大桥的动力学模型,利用有限元软件模拟了地震、风、车辆等荷载作用于桥梁结构时桥面及桥塔索锚固点的位移响应,以及全桥整体动力特性和索连接点的振动解,从而真实反映出基础激励对索的初始扰动,进而研究索在最不利荷载作用情况下谐波共振和参数振动的特性,并在此基础上分析了激励频率与拉索固有频率比的匹配关系,得出了激励幅值、初始索力、模态阻尼比、拉索倾角等参数对拉索非线性振动的影响．     

基于表面吸气的矩形截面涡激振动抑制及机理研究

随着桥梁跨度的增加,其风致振动问题逐渐凸显,发展简单、有效的风振控制措施对于保障桥梁结构的安全具有重要意义.将桥梁断面简化为矩形,通过数值模拟研究了侧表面双气孔吸气对矩形截面的涡激振动的抑制作用.研究表明：无量纲吸气流量是影响涡激振动抑制效果的决定性因素.当无量纲吸气流量■时,表面吸气对涡激振动的抑制效果达到最佳,矩形断面的振动幅值减小了99.73%,升力系数均方根值减小了90.37%,阻力系数平均值减小了32.55%.当■时,矩形截面的振动幅值仍然被有效地抑制,但吸气流量过大,侧表面上的边界层厚度变小,边界层内的剪切效应变强,引起背风面尾流旋涡的增强,最终导致矩形截面升、阻力系数的增加.     

基于CWT-BP的桥梁涡激振动状态分类研究

可靠地预测大幅涡激振动的发生在桥梁管理和运营方面起着重要作用。设计了一种基于连续小波变换和BP神经网络的分类算法,用于桥梁在风作用下涡激振动发展状态的分类识别。首先利用连续小波变换将一维振动响应信号转为二维的小波尺度图,并建立涡激振动状态的数据集;其次,利用BP神经网络训练涡激振动状态的分类模型;最后,已训练好的分类模型根据输入的振动响应信号输出相应的振动状态。仿真结果显示算法的可行性,且识别的准确率为90.4%。未来可以在此研究上探讨桥梁安全预警智能化系统设计与实现。     

细长圆柱体涡激振动行波动力学特征的实验研究

通过实验研究给出了细长圆柱体涡激振动行波的动力学特征.实验是在拖曳水池中进行.为了能在拖曳水池宽度有限的情况下出现行波,采用实验模型为0.006m直径、3.31m长度的铝管,模型长径比超过了500.拖车拖动模型以最高1.5m/s的速度在水槽中行进.模型一端采用2.5kg的砝码来提供端部张力.给出了评估行波在整个振动波中所占比例的方法.该方法采用行波圆来拟合模型空间振幅的分布.实验结果显示,在给定的拖车速度范围内,出现了行波振动,并且当拖曳速度达到0.9m/s时,行波现象非常显著.实验结果给出了振动波随拖曳速度变化的规律,得到了行波比随流速的变化规律.实验中观察到了低阶模态下的行波传播,这超出了已有行波判据限定的范围.通过实验数据的观察和理论分析,给出一种新的行波产生方式.     

圆柱单自由度和双自由度涡激振动特性研究

对圆柱绕流的涡激振动过程进行了数值模拟,研究了单、双自由度下涡激振动的力学特性、振幅特性、频谱特性,探讨了单、双自由度的适用条件.结果表明,单自由度条件下,随着约化速度的增加,阻力系数时均值先增大后减小,升力系数幅值先增大后减小再增大,且进入和离开“锁定”区间时二者均会产生波动.双自由度条件下,横向与流向无量纲振幅均随雷诺数的增大先增大后减小.低质量比时,流向振动的影响不可忽略,而高质量比时,可忽略流向振动的影响.     

圆柱单自由度和双自由度涡激振动特性研究

对圆柱绕流的涡激振动过程进行了数值模拟，研究了单、双自由度下涡激振动的力学特性、振幅特性、频谱特性，探讨了单、双自由度的适用条件。结果表明，单自由度条件下，随着约化速度的增加，阻力系数时均值先增大后减小，升力系数幅值先增大后减小再增大，且进入和离开“锁定”区间时二者均会产生波动。双自由度条件下，横向与流向无量纲振幅均随雷诺数的增大先增大后减小。低质量比时，流向振动的影响不可忽略，而高质量比时，可忽略流向振动的影响。     

一种隔水管涡激振动检测新算法

涡激振动(Vortex induced Vibration,VIV)是导致深水隔水管疲劳的主要诱因,振动位移或位移均方根是隔水管VIV监测的主要参数;针对VIV检测问题,提出了基于自相关矩阵分解的VIV频率和位移检测算法;给出了隔水管VIV检测模型,利用自相关矩阵分解算法检测出信号的频率以及相应的振幅,然后重构隔水管VIV响应位移的时间历程,得出位移或者均方根;仿真结果表明:与现有的Welch位移检测算法相比,基于自相关矩阵分解的VIV检测算法具有精度高,适用性广,实用性强等特点。     

涡激振动行波动力学特征的数值模拟

采用数值模拟分析了水中大长径比结构物涡激振动行波动力学特征,以及水动力学阻尼和模型初始张力对于行波动力学特征的影响.数值模拟模型采用改进的尾流振子模型,该模型考虑了涡激振动横向运动和顺流向运动之间的耦合,考虑了张力沿模型长度的变化和流体的耗散.给出了用于评估行波在整个振动波中所占比例的方法,该方法采用行波椭圆来定量表征行波所占的比例,即行波比.数值模拟结果显示,行波比总体上呈现随流速增加的趋势,但在模态阶数变化的临界流速上突然降低.水动力学阻尼显著影响着行波比,阻尼比越大,行波比越大,行波对于整个振动波的贡献就越大.不同张力情况下,行波比突然下降的临界速度不同.初始张力影响模型的固有频率,影响模态阶数发生转变的流速,从而影响了行波比突然下降的临界流速.     

虚拟样机技术在提升机疲劳寿命分析中的应用

摩擦提升机的主轴以及卷筒的疲劳损坏是摩擦提升机最为重要的故障方式,因此摩擦提升机的主轴以及卷筒的疲劳设计是其重要的设计内容之一.传统的采用常幅对主轴和卷筒进行疲劳分析同其在实际工况中的情况有较大的的出入,实用性受到一定的限制.利用虚拟样机建模技术,综合利用了模态柔性体和有限元柔性体两种建模方法,构造摩擦提升机虚拟样机计...     

基于降阶模型的斜拉索振动的半主动神经网络控制

根据模态降阶理论,获得了斜拉索-阻尼器系统的降阶模型,有效地缩减了系统的自由度.根据ER/MR阻尼器特性和主动控制中LQG控制理论,建立了面向速度剪切的半主动LQG控制方法,并获得了很好的控制效果.本文设计了神经网络的观测器,使用的传感器数目大大减少,根据智能控制理论,设计了神经网络控制器,并提出采用该神经网络作斜拉索半主动控制的控制算法.振动仿真的结果表明,经过离线训练后的神经网络观测器和控制器,有效地抑制了斜拉索的振动.     

大范围运动柔性机械臂斜碰撞动力学分析

对作大范围运动柔性机械臂系统,进行斜碰撞动力学分析.基于柔性多体系统刚柔耦合动力学理论,计入耦合变形项,全面考虑大范围刚体运动与弹性小变形运动的耦合,建立系统连续动力学方程.引入斜碰撞力学模型,将法向和切向碰撞力以广义力的形式加入动力学方程中,对系统进行斜碰撞动力学建模分析.法向碰撞模型选取基于连续接触力法的非线性弹簧阻尼模型,切向碰撞模型选取一种修正Coulomb摩擦模型,对切向摩擦力进行统一描述.给出接触、分离判据,实现不同状态的动力学模型转换与求解.对斜碰撞全局动力学进行了仿真验证,分析了柔性机械臂全局过程的动力学特性变化以及碰撞对大范围运动和小变形运动的作用,并对比了不同碰撞方向对大范围运动、变形、机械能、碰撞力等动力学参数的影响.     

基于物理统计模型的车载IGBT振动疲劳寿命评估研究

在新能源乘用车车载环境中,受路面不平整度和发动机转动的影响,IGBT模块面临着振动疲劳失效的风险。为保证IGBT模块在使用过程中的可靠性,对其振动疲劳寿命进行评估具有重大意义。IGBT模块内部结构复杂,无法直接对其进行纯物理模型上的振动疲劳寿命评估。为此,文章提出了一种IGBT模块振动疲劳寿命的评估方法,其首先通过加速试验获取IGBT模块在高振动量级下失效的寿命数据;再基于威布尔分布的寿命分布统计模型获得模块在实际工况下的可靠性寿命分布,进而获取模块在实际应用中的可靠性寿命数据。试验结果表明,该方法可以有效预估IGBT模块在批量投入使用过程中的失效率,为合理管控应用风险提供保障。     

高速履带车辆扭杆弹簧疲劳寿命的数值计算

由于在分析高速履带车辆扭杆弹簧疲劳寿命的过程中传统方法采用静态最大载荷计算不能考虑动态载荷的影响,以多柔体动力学和有限元模态应力分析法为分析手段,通过数值仿真计算得到不同载荷作用下履带车辆扭杆弹簧的应力时间历程曲线．依据Miner线性损伤累积理论,结合车辆行驶环境和行驶工况的分配比例和扭杆弹簧材料特性曲线,采用Goodman法和Gerber法2种等效应力修正方法,对扭杆弹簧的疲劳寿命进行分析和预测,其计算结果表明Goodman法比Gerber法保守,两者之间的预测结果相差约7倍．该研究为设计阶段履带车辆关键零部件疲劳寿命预测提供可行的分析方法．     

谐振式压力传感器自激驱动及非线性特性研究

为了探究非线性刚度对谐振式压力传感器及其测控系统的影响,建立了基于非线性谐振器的直流AGC闭环自激模型,采用平均法进行模型的求解.在SIMULINK中搭建闭环自激系统的仿真模型,以验证平均法的求解结果以及研究非线性刚度对系统性能的影响.采用开环扫频及线性拟合的方法测得了实际压力传感器的固有频率以及非线性系数.仿真结果表...     

压力传感器引线键合金线的振动疲劳研究

本文对一种汽车用MEMS压力传感器中的键合金线,在加速振动试验时的疲劳情况进行了研究.首先简单介绍了MEMS压力敏感芯片引线键合以及引线的基本情况,然后利用有限元方法对引线在20g的加速振动下的疲劳和寿命进行了分析,并利用了概率上的冗余理论对键合工艺提出了改进,最后给出了实际的结果,证实了模拟和改进工艺的合理性.