直升机超临界尾传动轴限幅减振器非线性动力学特性研究

直升机超临界尾传动轴在跨临界转速时会产生剧烈的振动。限幅减振器是专门针对尾传动轴跨临界减振问题设计的一种复合式减振器。限幅减振器与尾传动轴组成的系统具有摩擦、碰撞等强非线性特征,动力学特性异常复杂。为揭示限幅减振器工作机理并指导减振器设计,建立了具有双间隙结构的限幅减振器与尾传动轴系统的弹簧-质量-阻尼等效模型。分别基于直接时间域积分和时频变换谐波平衡（Harmonic Balance Method with Alternating Frequency-Time Domain Technique）+数值延拓（Numerical Continuation）两种方法对控制方程进行了求解。计算结果表明,限幅减振器存在无作用、正常减振、异常减振、限位四种工作状态。其中,限位状态是针对故障工况下尾传动轴进行的临时限位保护。此外,进一步研究了减振器参数对减振和限位效果的影响,得到了传动轴与碰摩环之间间隙、碰撞刚度以及临界摩擦力对限幅减振器减振效果的影响规律。发现存在最优临界摩擦力,且最优临界摩擦力与传动轴不平衡量等有关。同时限位状态下,通过增加碰摩环与底座之间的碰撞刚度可以减小限位幅值,但也会产生...     

行星齿轮机电耦合动力学及其电参数影响机理研究EI北大核心CSCD

针对机电系统动力学响应与电参数变化的相互作用机制问题,将时变啮合刚度及太阳轮处时变轴承刚度表示为转角的函数,建立了适用于不同转速工况的电机-齿轮机电耦合模型。使用dq轴坐标变换法推导了机械系统动态特性与电机定子电流的作用关系。基于精细的机电耦合模型,计算得出了振动响应及电机定子电流响应的频率特性,揭示了啮合频率与轴承频率在定子电流中的映射规律。研究结果表明:定子电流频率会受到机械部分频率调制作用从而产生相应边频,该边频成分可用于判断机械系统运行情况;啮合频率及其倍频直接与电流频率发生调制体现在电流频谱中,轴承频率先与啮合频率卷积再与电流频率发生调制才体现在电流频谱上;在不同转速下工况下,齿轮以及轴承特征频率偏移也能体现在电流频域上。     

交叉刚度对转子碰摩动力学特性的影响分析

针对简化弹簧模型和非线性动态油膜力模型皆不利于交叉刚度对碰摩转子动力学影响分析的问题,建立了基于非对称直接刚度和交叉刚度的Jeffcott转子动力学模型.结合打靶法和Floquet理论研究了转子交叉耦合刚度对转子系统运动稳定性的影响规律.创新性地引入了碰摩能新参量对碰摩故障进行量化表征,在此基础上分析了不同交叉刚度...     

用于直升机舱内降噪的新型径向周期撑杆研究EI北大核心CSCD

利用周期结构的宽频阻带特性,结合橡胶材料的剪切性能,提出了一种新型径向主减速器周期撑杆构型,抑制主减速器中高频振动向机体的传递,进而实现直升机舱内降噪。基于该构型,利用轴对称单元、胡克定律和虚位移原理推导得到了其径向子单元的等效刚度和质量,并进一步推导得到了整个撑杆的动力学和静力学分析模型;在此基础上,通过参数分析研究,获得了径向周期撑杆主要设计参数对阻带特性和刚度特性的影响规律,以此为依据设计得到了一种满足某型机使用需求的样例径向周期撑杆;进一步从刚度强度、减振和降噪三方面进行仿真分析,验证了该技术方案具有在直升机上应用的可行性和有效性,在500~4 000 Hz频率范围内宽频降噪效果明显,最大可达40 dB。     

波能转换装置耦合振动非线性水动力特性研究EI北大核心CSCD

针对一种新型波能转换装置,开展非线性水动力特性研究。在势流理论基础上,考虑装置不规则外形(不对称,且水线面面积不恒定)与位置变化等非线性因素对回复力的影响,并引入Morison模型分析流体黏性的附加惯性力效应与阻力效应,建立包含主要的线性与非线性水动力、从波能捕获到转换全过程的非线性动力学模型。利用计算流体动力学法搭建数值波浪水槽,开展波能转换装置响应的准确模拟,并将数值波浪水槽与所提出的非线性动力学模型的结果对比,进行非线性水动力的效应研究和系数辨识。结果表明:传统线性模型造成对波能转换性能的过高估计,非线性水动力模型显著提高了自由衰减振荡、波浪-装置耦合响应等过程的计算精度;Morison模型系数在不同工况中是变化的,幅值响应因子的计算在共振频率附近对Morison模型系数的敏感性最高。研究结果可为准确、快捷地衡量波能转换装置性能提供指导。     

静电激励微板动力学特性研究EI北大核心CSCD

基于多物理场动态耦合分析方法建立了考虑微流体压膜阻尼效应的静电激励微板机电耦合系统动力学模型,采用KBM法对微板多物理场耦合动力学响应问题进行了求解。通过静电激励微板动力学实验,采集到了简谐激励下系统响应共振频率、波形图及幅值谱图,图像显示出微板机电耦合系统具有明显的非线性动力学特征。与实验结果对比表明:这种基于多物理场动态耦合分析方法所求得的动力学响应解具有足够的精度。该方法有助于研究静电激励微板的动力学特性并可应用于MEMS动力学设计。     

摊铺机振捣机构多重相位对动力学特性影响EI北大核心CSCD

路面摊铺的初步压实主要依靠摊铺机的振捣机构来完成,机构内的相位关系对整个振捣器的动力学特性有重大影响。针对某款摊铺机,基于刚体的假设建立了振捣机构横截面上两个自由度的动力学模型,并根据研究机型的参数仿真计算了不同主副振捣相位差、基础段相位差、加长段相位差与振捣机构总成惯性力的规律,分析了这三种相位差对振捣机构产生整体能量的影响,优化了相位参数的选择;并提出薄膜压力传感器测量熨平板对地压力的方法,进一步通过熨平板对地压力横向分布特性,实验验证相位优化的可行性。结果表明,主副振捣相位差为90°、加长段相位差为180°时,振捣机构输入熨平板箱体的总能量最小,熨平板对地压力横向分布具有更好地均匀性。研究相位差与动力学特性关系,在设计振捣机构方面具有参考价值。     

同步器同步过程对变速器动力学特性的影响分析EI北大核心CSCD

为了改善某载货汽车变速器换挡同步阶段的换挡质量及该变速器的动力学特性,综合考虑了加载状态变速器中各零部件引起的系统叠加变形。基于多体动力学理论,建立了该变速器动力学分析模型;在此基础上量化计算了影响变速器动力学特性的相关参数,并提出了改善变速器动力学特性的措施及方法。研究结果表明,变速器的换挡质量及动力学特性得到明显改善,为改善变速器动力学特性提供了借鉴。     

间隙铰链对平面机构碰撞动力学特性影响分析EI北大核心CSCD

为了研究间隙铰链对机构动态性能的影响,建立了一种含轴向尺寸的线接触碰撞铰模型,在此基础上提出一种改进的非线性法向碰撞力模型和修正的切向库伦摩擦力模型,以平面含间隙铰链曲柄滑块机构为研究对象,通过不同间隙值下的滑块加速度、间隙铰链处接触力、加速度频谱以及速度-加速度相图分析,研究了间隙值对机构碰撞动力学特性的影响规律。研究结果表明:间隙会导致机构动态性能出现明显的振荡现象,且随着间隙值的增大,振荡加剧、振荡幅值上升,但振荡频率降低;同时,在间隙铰链的影响下,机构动态特性呈现出非线性现象,且间隙越大,非线性现象越明显。     

液压防后倾装置特性建模及起重机防后倾研究EI北大核心CSCD

为求解起重机突然卸载冲击液压防后倾装置的动态响应问题,提出一种液压防后倾装置特性建模方法。将液压防后倾装置简化为变阻尼缓冲模型,对模型的管路特性和插装阀特性分别进行理论分析,建立描述液压防后倾装置缓冲特性的一般方法。通过系列特性试验,分离缓冲力中的阻尼力分量,辨识出描述液压防后倾装置阻尼特性的参数。将液压防后倾装置模型作为随速度变化的虚拟力集成入起重机刚柔耦合模型中,构成起重机虚拟样机模型。通过起重机卸载冲击仿真,获得描述卸载载荷和阻尼力关系的仿真曲线,通过起重机防后倾试验,验证了仿真模型的准确性。这一试验建模方法为准确求解一类弹性结构与液压缓冲系统之间的复杂动力学响应提供参考。     

无网格法在中心刚体-旋转柔性梁系统动力学分析中的应用EI北大核心CSCD

将无网格点插值法、径向基点插值法、光滑节点插值法用于中心刚体-旋转柔性梁的动力学分析。基于浮动坐标系方法,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,并计入横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到作大范围运动的中心刚体-旋转柔性梁系统的动力学方程。将无网格法的仿真结果与有限元法和假设模态法进行比较分析,表明其作为一种柔性体离散方法在中心刚体-旋转柔性梁的刚柔耦合多体系统动力学的研究中具有可推广性。     

保持架组合引导对滚动轴承减振作用研究EI北大核心CSCD

保持架是滚动轴承的关键构件,然而当高速滚动轴承保持架的运动采用外圈引导时,保持架和外圈之间的接触碰撞会产生较大的振动。为了减小轴承振动,提出了保持架由外圈和滚动体组合引导的引导方式,设计了实现这种方式的外锁口兜孔结构保持架。该保持架的兜孔结构为:靠近兜孔外侧的部分为球形,且兜孔外端口的直径小于滚珠直径;靠近兜孔内侧的部分为圆柱形,且兜孔内端口的直径大于滚珠直径。建立了外锁口兜孔结构保持架由外圈和滚动体组合引导的力学模型,分别在不同转速、偏移量和接触状态条件下,比较分析了外锁口兜孔结构保持架与直兜孔结构保持架受到的沿其偏移反方向作用力的大小及规律。采用车削方法加工了外锁口兜孔结构保持架,通过试验验证了其减小轴承振动的作用。     

稀土元素对低碳钢中奥氏体-铁素体相变动力学的影响EI北大核心CSCD

使用热膨胀仪等手段研究了稀土对Fe-C和Fe-C-Si-Mn低碳钢连续冷却过程奥氏体-铁素体相变温度和等温过程相变动力学的影响。结果表明,添加微量的RE元素可显著降低连续冷却过程中先共析铁素体相变的开始点温度。同时,添加微量稀土还能改变等温过程中的铁素体相变动力学:RE元素通过抑制碳扩散减缓了Fe-C-(RE)合金整个相变过程的相变速率;而对于Fe-C-Si-Mn合金,RE通过抑制C元素扩散和改变晶界能的双重作用,使其相变孕育期延长和相变初始阶段速率降低,但是提高了相变中后期的速率。     

动态子结构法在航天工程中的应用研究EI北大核心CSCD

以载荷分析为主要内容,概述动态子结构法在航天工程中的应用。首先采用约束子结构模态综合法与超单元法进行全箭级器箭耦合载荷分析,给出器箭界面加速度条件、运载器和航天器的内部载荷;然后介绍采用航天器基础激励方法与超单元法,依据全箭级器箭耦合载荷分析给出的器箭界面加速度条件,进行航天器级的载荷二次分析,给出航天器的内部载荷,可以证明载荷二次分析所得航天器的内部载荷结果与全箭级器箭耦合载荷分析结果一样。由此说明航天器级载荷二次分析获得结果是可信的,也就是说全箭级器箭耦合载荷分析与航天器级载荷二次分析流程是合理的、可靠的。     

机枪冲击作用下的人体动力学响应研究EI北大核心CSCD

机枪冲击作用下的人体响应是机枪人机工效的重要组成部分,需进行研究;利用人体运动学软件和ADAMS建立多刚体人体的机枪人枪系统模型;为得到验证所需数据,进行了射击时枪口点响应试验;通过对自动机和枪口点响应的校核,验证了模型的可信性;通过对人枪接触位置和人体关节响应的分析,得到了一些列的结论,这些结论可以为机枪结构设计和改进提供指导,也可为人枪相互作用分析提供参考。所使用的建模方法和思路,则为其他武器进行人机相互作用分析提供了新途径。     

310S耐热钢的高温氧化行为EI北大核心CSCD

采用静态氧化不连续增重法研究晶粒尺寸和成分存在差异的两种310S耐热钢(1#和2#)在800~1100℃下的氧化动力学与膜结构,比较两者的氧化性能差异,阐明氧化膜的生长机制和差异形成原因。结果表明:800~900℃时氧化膜均由富Si氧化层和富Cr氧化层组成,1#试样的氧化速率更低;1000℃时氧化膜中增加了Cr-Mn氧化物层并在1100℃时转变为Cr-Mn-Fe氧化层,并且两者的氧化速率接近;整体上2#试样的氧化膜在所有温度下更加致密、平整,黏附性更好,保护能力更强。特别在1100℃时,两者的富Cr氧化层和Cr-Mn-Fe氧化层的形态分化较大,2#试样的氧化膜形态更有利于长期的抗氧化性能。总体上,2#试样的抗氧化性优于1#试样。2#试样所具备的更小的平均晶粒尺寸和更均匀的晶粒提高了择优氧化元素的扩散通量并降低氧化膜的非均匀生长,造成两者氧化性能的差异。     

结合面接触阻尼对模态耦合系统不稳定性影响EI北大核心CSCD

针对目前结合面微观形貌对由摩擦和系统结构双重引起的模态耦合系统不稳定性影响的理论研究缺少,尝试从微观角度解释结合面的接触阻尼特性对宏观系统的影响。对车辆制动盘制动工况进行抽象综合,给出了两自由度系统的物理和数学模型,其中的接触阻尼部分采用给出的接触阻尼分形模型。分别阐释了接触阻尼比、摩擦因数、系统固有频率比及它们间的耦合效应,对系统不稳定的影响。研究方法和结果可更深入地理解结合面接触阻尼对宏观系统的影响,有一定的理论意义;同时在深入理解接触阻尼对系统不稳定的影响下可逆向反推来加工制造合适的结合面参数(分形维数D和分形尺度系数G)。     

船用起重机伸缩套管防摆装置动力学分析与试验EI北大核心CSCD

为了解决船舶耦合激励下船用起重机柔性减摆控制效果差的问题,优化设计了一款新型伸缩套管式刚性减摆装置,并研究吊重的低频振动特性,建立了船舶-起重机-伸缩套管防摆装置的三维动力学模型,并通过试验验证了该模型的准确性。通过动力学仿真分析得出套管伸缩量、阻尼器参数及船舶激励对吊重摆动的影响规律,仿真结果表明该三维动力学模型能真实模拟防摆装置的减摆特性,吊重摆动的面内角和面外角分别减小了70%和90%,研究结果对进一步探究机械式防摆装置的防摆机理和结构设计具有重要意义。     

地铁波磨对轮轨动力特性影响及其安全阈值分析EI北大核心CSCD

现场测试某地铁线路普通道床地段钢轨波磨和钢轨振动加速度,建立了地铁车辆-轨道耦合动力学模型,分析了不同特征钢轨波磨对轮轨系统动力特性的影响,提出了指导钢轨打磨控制波磨的波深安全阈值。结果表明:钢轨波磨主要发生在小半径曲线地段圆曲线内轨,主波长200~250 mm,最大波深约0.8 mm,直线地段出现短波波磨,主波长40 mm,最大波深约0.1 mm;波磨主要波长与轨道结构振动主频对应;钢轨波磨激励导致轨道结构振动较大,轮轨系统动力响应剧烈,尤其是70 mm以下的短波波磨;轮轨垂向力呈周期性波动,波动周期与波磨波长相同,周期内1/4波长处轮轨冲击振动达到峰值;钢轨波磨对轮轨系统动力响应的影响随着波长减小、波深增大而加剧;现有规程中指导钢轨打磨的波磨安全限值适用于长波波磨,对于波长30、40、50、60 mm的短波波磨,运营速度80 km/h情况下,建议波深安全阈值为0.08、0.11、0.12、0.21 mm,波深超出安全阈值后应及时打磨。     

轻型客车悬架系统垂向动力学优化研究EI北大核心CSCD

为提升某轻型客车平顺性,进行了空气弹簧性能和悬架系统的匹配研究。建立了整车多体动力学模型,通过前悬架K&C台架试验、后悬架理论计算验证了悬架仿真模型的准确性,仿真得出脉冲路面输入下乘客位置在20 km/h垂向加速度过大。搭建联合仿真平台,以扭杆弹簧和空气弹簧参数为设计变量,采用径向基神经网络和神经网络建立了驾驶员位置、乘客位置垂向加速度代理模型,并结合遗传算法对代理模型进行多目标优化,得出悬架参数优化方案。结果表明:当优化后车辆以20 km/h和30 km/h过脉冲路面时,乘客位置的最大垂向加速度分别减小了26.46%和24.88%;在以80 km/h速度过B级随机路面时,乘客位置的垂向加速度均方根值减小了23.72%。同时,驾驶员位置平顺性基本不变,明显改善了整车平顺性。