具有不确定参数车轨耦合系统 随机振动灵敏度分析

对于轨道不平顺作用下具有不确定结构参数的车轨耦合系统随机振动灵敏度问题进行了研究。车辆采用多刚体动力学模型,弹性轨道采用无穷周期子结构进行模拟。在哈密顿对偶体系下建立了车轨耦合系统混合物理坐标及辛对偶坐标的动力学方程,应用解析手段推导出其相对系统不确定参数的灵敏度控制方程。进一步,基于虚拟激励法和辛方法建立了车轨耦合系统随机振动响应灵敏度分析方法。数值算例结果表明:所提出的灵敏度分析方法具有较高的计算精度,并保留了虚拟激励法高效的特性。该文所开展的工作对于车辆系统动力学参数设计与优化具有很好的参考价值。     

微薄膜多场耦合非线性振动分析

将微谐振压力传感器谐振薄膜简化为微薄膜多场耦合系统,给出考虑分子力作用时微薄膜多场耦合动力学方程,利用Linz Ted-Poincaré方法求得其非线性振动固有频率与振型方程,研究了分子力对薄膜非线性固有频率及自由振动的影响规律,利用微加工技术制作出谐振薄膜,利用静电激励-电容检测方法对薄膜非线性固有频率进行了测试。结果表明:当薄膜尺寸较小时,分子力对于微薄膜多场耦合非线性振动的固有频率具有较大影响。研究结果对于压力传感器进一步微型化具有指导意义。     

永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合振动特性分析

为了研究永磁交流伺服精密驱动系统中存在的多物理过程、多参量复杂耦合关系,提出了对该系统进行机电耦合振动特性分析的观点。从全局机电耦合的角度,对永磁交流伺服精密驱动系统进行了机电耦合分析,将该系统归纳为三质量两轴系统,建立了三质量两轴系统的机电耦合振动数学模型和仿真模型,仿真分析了由于电流调节器参数、阻尼、谐波扰动、间隙以及负载扰动等因素引起的系统机电耦合振动动态过程,并通过实验验证了机电耦合振动仿真模型的正确性。该机电耦合振动特性分析对提高系统的动态性能具有重要的意义。     

机电耦合载荷下的压电层合板瞬态响应分析

针对压电层合板在机电耦合激振下的瞬态响应问题, 提出一种高效混合数值计算方法。经过位移场、 电势场在厚度方向的离散, 利用机电耦合理论和哈密顿原理, 推导出结构的运动方程。引入傅里叶变换, 得到波数域内运动控制方程。应用模态分析方法求解波数域内的位移场和电势场, 对结果进行傅里叶逆变换, 得到空间域内的瞬态响应。以PZT-5A/0° PVDF铺层两相材料复合压电层合板为算例, 分析了力、 电耦合线载荷激励下, 位移场和电势场的瞬态响应历程与分布规律, 计算结果给出了该结构的动力学基本特征。该方法结合了有限元法、 傅里叶变换和模态分析法, 计算高频载荷激振下的压电层合板瞬态响应较一般有限元法大幅减少了单元的划分。该方法可推广至分析任意机电载荷下的各类铺层材料压电层合板瞬态响应问题。      

扭转微镜的动力学模型及其动态特性分析

扭转微镜中的静电和机械两个物理场是非线性耦合的，因此系统的数学模型及动态特性分析就变得很复杂。首先建立了扭转微镜的非线性动力学模型，然后采用直接积分法求解了系统的阶跃响应，通过数值模拟发现系统的固有频率随施加电压增大而减小、振动平衡位置随电压增大发生偏移等现象。对这些非线性现象进行了分析，有助于微镜系统设计和扩展微镜系统的应用范围。     

基于MEMS的静电微泵建模与仿真

对MEMS中应用广泛的静电微泵进行有限元建模分析．对于涉及多能量域下多场耦合的静电微泵建模,在仿真过程中进行了合理简化．其中在静态分析中,利用圆型薄板的小挠度变形理论和微机电系统中的静电力驱动理论来模拟静电-结构耦合过程;在泵膜的模态分析、谐响应分析以及非线性瞬态分析中,把腔内的流体当作附加质量作用在泵膜上,近似代替流场对泵膜的影响,从而减小计算量,提高了仿真效率．     

微型谐振气体传感器多场耦合非线性振动特性分析

随着谐振子尺寸的不断减小,分子力等因素的影响越来越显著,微型谐振气体传感器的谐振子实际上处于多场耦合的工作环境中。考虑分子力、热应力和吸附气体浓度的影响,建立了谐振子的多场耦合动力学方程,利用多尺度法求出谐振子固有频率和瞬时频率,研究了谐振子固有频率随分子力、吸附气体浓度以及温度的变化规律,分析了系统参数对时域动态响应的影响。利用制造出的微型谐振气体传感器及测试系统,进行了扫频实验,得到微传感器的固有频率,与分析结果接近,验证了理论分析的正确性。研究结果对于传感器进一步微型化具有指导意义。     

MEMS微构件动态特性测试的激励技术和方法

在微机电系统(MEMS)微构件动态特性的测试中,激励是基本环节,通过激励使微构件振动,并测量和分析振动响应信号,实现对微构件动态特性的测试.由于MEMS微构件的尺寸小、谐振频率较高,限制了传统的激励技术和方法在其动态特性测试中的应用.目前应用在MEMS微构件动态特性测试中的激励技术和方法,根据实现激励的方式不同,归纳为三类:利用外部场能的激励方法、内部集成激励元件的方法和基于底座激励的方法.具体介绍了声波激励、超声激励、静电激励、磁激励、电热激励、光热激励和压电激励等具体激励方式的原理及其特点,并对各种激励方法的特点进行了比较和分析.     

伺服关节驱动的柔性臂系统耦合动力学模型辨识与实验

针对整个伺服关节驱动的柔性机械臂系统,在考虑其机电、刚柔耦合特性的基础上,理论上进行了动力学建模。分析了包含直流伺服电机、谐波减速器以及伺服驱动器的伺服关节的驱动及摩擦特性,对实验中测到的电机匀速正反转数据进行线性拟合,得到了关节驱动模型中的库伦摩擦力常数和黏滞摩擦力系数。分别建立了从伺服电机驱动电压到光电编码器检测的电机转角、从伺服驱动电压到代表柔性臂振动的应变桥路输出之间的理论传递函数,以伪随机二进制序列为激励信号,通过实验辨识得到了此对应伺服关节柔性臂转动与振动耦合以及机电耦合的两个传递函数,在伪随机和正弦信号激励下,辨识得到的传递函数模型与实际结构的转动位移和振动响应具有较高的一致性。从而得到了伺服关节驱动的柔性臂系统刚柔耦合、机电耦合的动力学模型。     

高温环境下MEMS微构件动态特性测试技术研究

基于放电激励方法建立了高温环境下MEMS微构件动态特性测试系统,该系统主要由激励装置、激光多普勒测振仪、微构件温度控制系统组成.激励装置利用尖端放电产生的激波激励微构件,通过进给机构调节电极间距以改变激励能量.激励底座是用高温胶粘接而构成的多层结构,包括微构件安装板、十字载台、陶瓷绝缘片和板电极.微构件胶粘在底座上,其振动响应信号由多普勒测振仪测量,计算机对测量数据频谱分析后得到谐振频率.编写了基于LabVIEW的微构件温度控制软件,控制测试时温度.利用该测试系统,测试了微构件在室温~500℃环境下的谐振频率,得到了谐振频率随温度变化规律.     

多源激励下坦克行进间火炮身管动态弯曲问题研究EI北大核心CSCD

路面随机激励和弹炮接触力等多源激励下坦克炮身管动态弯曲问题是目前制约坦克行进间射击精度的关键因素。通过谐波叠加法及改进的L-N接触碰撞算法表征路面随机激励和弹炮接触力等多源激励影响;基于动态联合仿真方法,建立了考虑身管柔性的坦克行进间机电液耦合动力学模型,计算并分析了多源激励下坦克行进间射击过程中的身管动态弯曲问题。研究结果表明:坦克行进间射击时,身管动态弯曲受弹炮耦合作用影响较小,其主要是自重与路面激励耦合影响下的综合表现;在对高速机动坦克射击精度误差进行修正时,应该综合考虑身管动态弯曲造成的影响。     

地震波频谱特性对高速列车动态脱轨行为的影响

为研究地震下高速列车的动态响应及地震波频谱特性对车辆动态脱轨行为的影响,发展了一种地震激励下车辆/轨道耦合动力学数值模型,车辆模型被简化为考虑悬挂非线性特性的35自由度多刚体系统,板式轨道被视为由钢轨、扣件系统、轨道板及CA砂浆层组成的弹性支承结构,钢轨被视为连续弹性离散点支承基础上的Timoshenko梁,轨道板用三维实体有限元模拟。采用移动轨下支承模型分析离散的轨枕支承对系统动力响应的影响,地震波被简化为周期性的横向正弦波加入计算模型中。基于仿真计算,对地震情况下高速列车的动力响应进行了详细分析,并重点分析了地震波频谱特性对高速车辆动态脱轨机理的影响。分析结果表明:地震波的频谱特性对车辆的动态响应、脱轨机理及车辆的运行安全有着重要的影响。     

一类静电驱动双边电容型微谐振器振动系统的复杂动力学特性研究

以一类静电驱动双侧平行板电容型微谐振器为研究对象,基于分岔理论研究微结构的复杂动力学行为的机制。通过分析微结构动力系统的静态分岔,发现直流偏置电压的增大会直接引起微结构的静态吸合。在此基础上获得系统的多稳态解的解析形式,解析预测与数值结果吻合,研究发现系统的振动跳跃来源于双平衡点失稳引起的多稳态现象。进而发现继续驱动交流电压幅值的增大则会引起微结构的混沌和吸合不稳定现象。该结果对静电驱动微谐振器的设计中如何避免出现复杂响应具有实际意义。     

耦合板结构随机能量有限元分析

基于单频激励下导出的板的能量流分析方程,将其应用推广到板受随机激励的情形,提出了宽带随机激励下板的响应能量及功率流的计算公式。对考虑弯曲和纵波场耦合的板结构给出了计算能量有限元耦合矩阵的一般方法。用能量有限元法对受到两个不相关宽带白噪声激励力作用的L型板的能量响应和功率流进行了计算,结果反映了各波场的能量在空间上的分布和它们在各波场内的流动特性,其中弯曲波场的功率流显示出相向功率流发生汇集和改变流向的特点。对该耦合结构的响应用统计能量分析法进行了求解,其结果与能量有限元法计算结果间较好的一致性验证了随机激励下板的能量有限元分析应用的正确性。     

船舶增压器静压气体轴承-转子系统动力学特性研究

针对船舶增压器实验台的静压气体轴承-转子系统,提出了一种流场与转子动力学的准动态耦合分析方法;采用CFD软件对静压气体轴承不同偏心率及转速下的静态承载力进行流场计算,依据计算结果拟合出气体轴承气膜支承力随偏心率和转速变化的非线性函数关系。采用有限元法建立了转子系统的动力学模型,对重力、不平衡力、气膜支承力作用下的转子系统动力学响应进行了耦合计算,获得了系统的临界转速和响应特性。在此基础上对船舶涡轮增压器轴承-转子系统进行了实验测试,验证了准动态耦合方法的有效性。研究结果表明,与传统采用线性气膜刚度相比,采用基于CFD计算的非线性气膜支承力能够更好的刻画气体轴承-转子系统的动力学特性。     

基于时域响应的强耦合梁损伤检测

应用有限元法将连续梁结构简化为两跨强耦合的欧拉-伯努利梁模型,利用直接积分法求出系统在外激励如冲击荷载作用下的动态响应,并进一步推导出动态响应对物理参数(如杨氏模量)的灵敏度.在反问题中,利用基于时域响应的有限元模型修正法进行了强耦合梁系统局部损伤的识别,讨论了人工测量噪声对损伤识别结果的影响.算例表明所提能够快速有效地检测出强耦合梁的局部损伤,并具有高精度,对测量噪声不敏感等特点.     

MEMS微悬臂梁激励耦合非线性动力特性分析

在微电子机械系统(MEMS)中,存在着固有非线性、多能域耦合产生的非线性和一些尚未引起注意的机械非线性.静电驱动作为一种有效的表面作用力,在MEMS中得到广泛应用,如静电驱动微电机、静电驱动谐振器、静电驱动加速度计等,但静电力本身存在着较强的非线性特性.针对MEMS静电微悬臂梁结构,建立系统的变电容式非线性动力学模型;采用谐波平衡法分析在参数激励和强迫激励耦合作用下系统的幅频响应特性,研究对于不同参数激励与强迫激励作用、不同加载电压及平行极板间间隙变化时系统的非线性动力特性,讨论非线性弹簧刚度和压膜阻尼引起的非线性对系统的影响,运用数值分析及相平面图和Poincare图描述模型的非线性动力学行为.     

动静偏心电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动特性分析

基于对同时考虑定转子间动、静偏心不平衡磁拉力模型的构建,建立了电磁激励下水电机组碰摩转子-轴承系统弯扭耦合振动非线性动力学方程,采用数值分析方法研究了质量偏心、励磁电流和气隙动静偏心参数变化对系统动态响应的影响,并与仅考虑广义气隙偏心影响下机组碰摩弯扭耦合振动模型进行了对比。结果表明,随着质量偏心的增大,系统弯扭耦合作用明显增强。动、静偏心的加入显著改变了系统动态特性,周期7及周期10等新的运动特征得以显现。此外,动、静偏心对系统动态响应的表现形式影响存在明显不同。相比于静偏心,以诱发一倍转频电磁激励成分为主的动偏心故障更容易使机组产生较大振动,甚至造成全周碰摩情况发生,需要引起足够的重视。     

硅微谐振式压力传感器中的单端口静电激励-电容检测方法研究

采用静电激励-电容检测方式的硅微谐振式压力传感器具有温度稳定性好、灵敏度高、功耗低等优点,但同频耦合干扰是限制电容检测精度的主要因素。采用频域分离法可有效地克服同频耦合干扰带来的影响。在研究基于频域分离法的单端口静电激励/电容检测的基础上,提出了单端口静电激励/电容检测方案。     

垂直热发射过程弹架耦合作用研究

研究裸弹垂直热发射过程系统的动态响应及其对导弹运动的影响。对车载导弹发射系统进行了简化和等效建模,进行了导弹起飞过程的理论分析,基于动力学和有限元软件建立了系统刚柔耦合多体动力学模型,对发射过程展开了动力学仿真与分析,并进行了多刚体与刚柔耦合两类模型计算结果对比。数值模拟结果表明,导弹起飞过程与发射车的耦合作用明显,系统振动对导弹起飞姿态产生影响,发射车振动衰减特性良好,柔性发射台模型能够较好反映发射过程系统动态响应以及弹架耦合特性。