半球谐振子超精密修调方法研究

目的 研究因谐振子质量缺陷而引起的频率裂解机制,进而对刚性轴位置进行质量高分辨率可控去除,提高陀螺精度。方法 首先基于多区域配合划分法建立半球谐振子高精度有限元仿真模型,分析质量大小与位置对谐振子频差的影响规律。其次搭建谐振子振动特性检测平台,利用拍频法实现其频差值和刚性轴位置的精确辨识。最后结合仿真与辨识结果以及离子束加工方法确定谐振子超精密修调方案。结果 优化网格划分方法后,谐振子有限元模型频差值小于0.000 1 Hz,当修调定位误差相同时,在一个范围内的质量去除比单点质量去除的修调效率更高;谐振子质量缺陷四次谐波刚性轴位置辨识精度可达0.1°,与常见的幅值法相比,其精度提高了一个数量级;通过三次点线结合方式进行质量修调后,谐振子频差值小于0.001 Hz,修调效率与精度得到了提升。结论 提出的谐振子仿真模型、振动特性测试方法以及离子束修调工艺精度较高且可行性较强,对实现半球谐振子性能高精度检测以及高质量加工具有重要意义。     

半球谐振子金属化镀膜残余应力的测量方法及影响因素研究

半球谐振子金属化镀膜是半球谐振陀螺制造的重要工艺环节.镀膜过程所产生的薄膜残余应力对谐振子Q值有较大影响,决定着半球谐振陀螺零偏稳定性等最终性能.本文采用X射线衍射法测量薄膜残余应力,研究了镀膜工艺参数和膜层厚度对残余应力的影响,结果表明:薄膜残余应力均呈压应力状态;随着沉积速率的增大,薄膜应力先增大后减小,有转化为拉...     

内激励作用下行星传动系统振动响应研究EI北大核心CSCD

基于齿轮系统动力学推导出行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合非线性振动微分方程。采用特征值问题求解其固有频率及振型,并进行归类和描述。针对行星齿轮传动系统中内激励频率与转速成正比这一特性,提出一种利用正弦激振扫频模拟其内激励,并通过求解传动系统振动微分方程得到其响应的方法。与传统方法相比,该方法可将系统中复杂的激励分解为若干单一激励,从而量化评价各激励对系统振动响应的影响程度,使各激励与响应形成具体映射关系。研究发现内啮合激励对低阶(1~5阶)与高阶固有频率(16~18阶)影响较小,外啮合激励在低阶固有频率随阶数增加影响递增,并对太阳轮纯扭转振型影响较大,而在中阶固有频率(6~15阶)内外啮合均对行星轮纯扭转振型影响显著,为行星齿轮传动系统固有频率及振型的优化、降振减噪和减小故障发生率提供依据。     

液化侧向扩展场地刚性排水管桩群桩振动台试验研究EI北大核心CSCD

地震作用下土体发生液化侧向扩展对建筑物极具破坏性,特别是对建筑物的桩基、高架桥梁等,消除和减小土体液化扩展引起的对结构安全的危害具有极大的意义。刚性排水管桩由圆形空心刚性桩与排水体结合而成,其在具有排水功能的同时,又具有较大的承载力,但是目前针对刚性排水管桩群桩抗液化性能的研究仍十分有限。基于振动台试验,开展了桩顶承台竖向荷载作用下刚性排水管桩群桩与普通桩群桩处理液化侧向扩展场地的振动响应对比研究,分析了地基土的超孔压比、加速度、平均沉降、承台位移、挡板位移以及桩身弯矩等。研究结果表明:刚性排水管桩地基与普通桩地基相比,超孔压、桩身弯矩、地基沉降、承台位移、岸壁位移明显减小,而加速度增大,充分表明刚性排水管桩的抗液化效果显著。     

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则EI北大核心CSCD

以损伤比强度理论为基础,建立了钢纤维混凝土真三轴损伤比强度准则,并根据钢纤维混凝土试验资料,推荐了钢纤维混凝土损伤比变量表达式中的6个经验参数。利用钢纤维混凝土在单轴、双轴和三轴受力状态下的应力-应变曲线试验结果验证了损伤比取值合理性,对比了单轴受拉、单轴受压和双轴等压等典型受力状态下钢纤维混凝土和普通混凝土损伤比变量取值的差异。通过与国内外共104组钢纤维体积率为0.5%~2.5%的钢纤维混凝土三轴强度试验资料的比较,表明六经验参数钢纤维混凝土损伤比强度准则的三维破坏包络面接近已有认识;通过与国内外强度准则比较,表明损伤比强度准则与钢纤维混凝土三轴试验数据有较高的吻合度。对于围压三轴受力状态,提出简化的钢纤维混凝土常规三轴强度准则,并与已有常规三轴强度准则进行比较分析。此外,对于材料处于二轴受力,推荐了简化的损伤比二轴强度准则中的经验参数取值。     

微半球壳谐振子高温吹制工艺仿真及形貌影响机理研究

基于传统半球陀螺仪精度高、寿命长、可靠性高的优点以及MEMS器件体积小、重量轻、可批量生产、易于数字化等特点,微半球谐振陀螺仪兼备微小体积与中高精度的潜力,是当下微型陀螺仪的研究热点。微半球壳谐振子的高温吹制法制备工艺具有实现高性能的潜力和可批量化生产的优势,是谐振子制备工艺的重要方向。但是,此工艺方法下谐振子为一次成型,且难以后期修调。本文基于高温吹制法工艺原理建立了工艺仿真模型,可以直观地揭示微半球壳成型过程并准确地预测微半球壳的最终形貌;此外,结合形貌影响因素分析,详细探讨了玻璃厚度、基底环形槽几何参数、环形槽腔体内外压强比等主要因素对谐振子形貌的影响机理,可为微半球壳谐振子形貌控制提供重要依据。     

计入箱体轴柔性的主减齿轮系统振动特性研究EI北大核心CSCD

主减齿轮系统是汽车变速器的重要传动部件,也是诱发箱体振动噪声的主要原因。为了准确预测内外动态激励下主减齿轮系统的振动特性,采用有限单元离散化建模方法,将箱体轴离散为轴段单元,建立其与输入、输出轴段单元、齿轮啮合单元和轴承单元耦合后的弯-扭-轴-摆全耦合动力学方程。模型综合考虑了箱体轴柔性、大重合度下斜齿轮时变啮合刚度以及静态传递误差激励的影响,并利用数值算法求解了系统的固有特性和振动响应特性。研究结果表明：计入箱体轴柔性后,系统的低阶固有频率略微降低,但增加了新的固有频率与振型;随着转速的增加,系统在主减齿轮啮合频率的1倍频和2倍频处出现了明显的阶次幅值,但其能量较小,当转速达到4 900 r/min时,系统出现明显的共振响应;外界载荷的增大主要在非共振区导致振动幅值的增加;当选取不同的端面重合度与轴向重合度组合时,或在一定范围内增大轴向重合度时,可有效降低斜齿轮时变啮合刚度的波动,改善共振点附近的振动位移幅值。     

常磁场下铁磁矩形薄板的非线性固有振动EI北大核心CSCD

通过建立磁场中铁磁矩形板的力学模型,对其在常磁场下的非线性固有振动问题进行研究,并分析静载效应。根据哈密顿变分原理,得到磁场中铁磁矩形板的磁弹性非线性振动方程,给出磁化电磁力和涡流电磁力表达式。基于摄动展开法,确定静磁力作用下的静挠度和非线性扰动方程。应用伽辽金法与多尺度法,得出振动系统近似解析解和固有频率表达式。通过算例,给出了3种材料的矩形薄板固有频率随时间、磁场强度、初值、边长比等的变化规律特性曲线图。结果表明:固有频率随时间的增大,最终会趋于一定值,随上下表面磁场的变化,会呈现出对称的趋势,随边长比的增大,其频率会逐渐减小;系统呈现典型的非线性特征,解析解与数值解较为吻合。     

含轴力高频振动梁的能量辐射传递模型EI北大核心CSCD

为考察轴力对梁高频振动的影响,建立了轴力作用下梁的能量辐射传递模型。针对具有恒定轴力作用的Euler-Bernoulli梁,引入受轴力影响的波数和群速度,建立能量密度控制方程,推导轴力作用下梁的能量密度和能量强度的核函数。实源强度由导纳法计算得到的输入功率表示,虚源强度通过边界能量平衡方程确定,根据惠更斯原理,梁的能量响应由实源产生的直接场与虚源产生的反射场线性叠加得到。通过将能量辐射传递法(energy radiative transfer model,RETM)获得的结果与波传播法解析解进行比较,分析了轴力作用下无限结构导纳的适用性,验证所提RETM的正确性,同时分析了轴力对梁能量响应的影响。     

多频激励作用下悬索时滞减振控制研究EI北大核心CSCD

悬索作为一类典型的柔性结构,因其本身质量轻,柔性大,阻尼小等特点,在多频激励的作用下容易产生大幅振动,易造成结构疲劳破坏,从而导致工程灾害的发生。因此,悬索的振动控制是工程实际应用中亟须解决的问题。该研究采用时滞速度反馈控制策略对多频激励下的悬索进行减振控制。基于Hamilton变分原理,建立多频激励下受控悬索的非线性振动控制模型。利用Galerkin法得到离散后的时滞微分方程,通过多尺度法求解受控悬索发生超谐波与亚谐波联合共振时的幅频响应方程,并判断稳态解的稳定性,分析了受控悬索的非线性动力学行为,以及控制系统参数对共振响应的影响。研究结果表明,多频激励时悬索系统同时出现超谐共振和亚谐共振响应的特性,随着时滞值的增大不同分枝之间距离减小,随着控制增益减小分枝的稳定和不稳定解的相位趋于接近。通过调节控制增益和时滞值的大小可以改变共振范围、响应幅值及其相位,达到最优控制效果。     

整体式桥台研究综述EI北大核心CSCD

整体式桥的桥身与桥台之间没有设置支座和伸缩缝,而是刚性连接为一体,从而能极大地节省桥梁全寿命周期的维护与维修费用。但是由于季节性温度波动导致桥身长度变化,桥台后土体随之受到水平方向循环加载作用。桥台后土压力的发展变化,成为整体式桥研究的重点。另外,对整体式桥台在地震作用下的动力反应还缺乏认识。该文首先系统总结了关于整体式桥台后土压力的相关研究成果,包括现场监测、缩尺模型实验、土单元应力路径实验、以及数值模拟等,揭示出在这种特殊循环作用下桥台后土压力的变化规律,并对土压力累积机理进行了探讨。然后,该文总结了整体式桥台在地震作用下动力响应的相关研究成果,指出由于桥台与桥身的刚性连接,桥身惯性力对桥台与土动力相互作用产生很大影响。     

刚性耦合三圆柱流致振动特性和机制EI北大核心CSCD

采用迭代式浸入边界法对刚性耦合三圆柱的流致振动进行了数值模拟研究。三圆柱按照等边三角形排列,上游两个并排圆柱,下游一个圆柱。圆柱间距比为P/D=1.0~4.0,雷诺数为Re=100,质量比为m=2,折合流速为U_(r)=3~30。通过研究圆柱的振幅、频率和流体力随折合流速的变化规律,发现了两种不同的振动模式,即小间距比条件(P/D=1.0)下的驰振模式和中、大间距比条件(P/D=1.6~4.0)下的涡激振动模式。而涡激振动模式在不同的间距比条件下又具有单锁定区间(P/D=1.6)和双锁定区间(P/D=2.5~4.0)两种不同振动特征。进一步分析尾流模式,发现第一锁定区间(含单锁定区间)内的振动响应由剪切层重附着机制激发,而第二锁定区间内的振动响应由交替尾涡泄放机制激发。     

刚性联结串列双圆柱尾流致涡激振动研究EI北大核心CSCD

为了研究刚性联结对串列双圆柱尾流致涡激振动的减振效果及其流场作用机理,以圆心间距为4D(D为圆柱直径)的无联结及刚性联结串列双圆柱为研究对象,在雷诺数Re=150时,采用数值模拟方法研究了刚性联结对圆柱振幅、振动轨迹和锁振区域的影响规律,分析了振动响应和气动力之间的内在联系,探讨了两类圆柱振动差异背后的流场机理。研究表明:刚性联结对串列双圆柱的尾流致涡激振动有一定的减振作用,提高了发生涡激振动的起振风速,减小了发生涡激振动的折减速度范围,降低了下游圆柱的振幅,但上游圆柱振幅略有增加。发生尾流致涡激振动时,无联结串列双圆柱和刚性联结串列双圆柱的的流固耦合机制不同,两者的尾流模态有很大差异。     

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。     

界面响应不可测的刚性耦合系统逆向子结构分析EI北大核心CSCD

获取产品运输系统的动态响应特性是进行缓冲包装设计的关键,逆子结构理论是一种在线预测部件频率响应函数的方法,大多数机电类产品的物流运输是通过螺栓等方式与货车、轮船等运载体直接刚性连接。由于耦合界面处物理空间的限制或者脆弱部件的干扰,难以在此同时进行激振和拾振,使得测量信息面临不完备的风险,传统的逆子结构理论是基于测量信息完备基础上的。提出利用虚拟质量法来获取耦合界面处难测频响函数的方法,建立基于虚拟质量法的界面响应不可测的刚性耦合逆子结构理论。然后利用集总参数模型对该理论进行了验证,结果显示预测值与计算值完全吻合,最后通过物理模型实验对该理论在实况条件下的有效性进一步验证。该方法为子结构解耦问题中的测量信息不完备问题提供了一种思路。     

滚珠丝杠式燃气舵结构仿真与运动控制EI北大核心CSCD

针对燃气舵在启动瞬间会产生很大的冲击力,采用ADAMS和ANSYS软件对传动机构进行了动力学分析和有限元分析的联合仿真,得到了变负载下相邻零件的冲击力,并分析了危险零件的瞬态动力响应。分析结果表明,在一定范围内,冲击力随响应时间的增加响应速度变慢,最大值和最小值分别基本保持一致。建立了燃气舵系统的数学模型,在MATLAB Simulink软件中进行了系统的比例-积分-微分(proportional-integral-derivative, PID)控制仿真分析,并基于仿真结果进行了单片舵系统的运动控制试验。试验结果表明,该控制平台能达到良好的控制效果。     

套筒灌浆连接受力失效机理与有限元仿真验证EI北大核心CSCD

针对套筒灌浆连接的传力机理尚未完全明确,从理论上分析了受拉时接头的荷载传递路径与方式,提出了基于拟合系数、组合系数、整体系数的套筒灌浆连接受拉承载力计算方法与失效模式识别依据。进一步通过收集国内外试验数据的拟合分析,明确了单调递增受拉、反复拉压作用下拟合系数的取值分别为0.203、0.158。结合高温后套筒灌浆连接反复拉压作用下试验数据的分析结果,建议组合系数、整体系数均取1.2(400℃高温作用后,后者取1.0)。最后,开展高温后套筒灌浆连接反复拉压作用有限元仿真,明确了套筒灌浆连接失效模式转变、承载力明显下降的临界温度分别为400℃、800℃。此外,还发现新建的套筒灌浆连接承载力计算方法的结果与模拟值最大偏差不超过8.2%,表明二者均能较好地反映高温后套筒灌浆连接承载力演变规律,为套筒灌浆连接设计方法的形成提供了理论依据。     

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。     

轴电流损伤球轴承的载荷分布和刚度变化分析EI北大核心CSCD

基于轴电流损伤凹坑的表面形貌,提出故障表征模型,对损伤后角接触球轴承的载荷分布和刚度变化进行研究。首先,建立了考虑弹性接触和滚动体与滚道间相互作用力的角接触球轴承分析模型,并验证模型的准确性;其次,提出了具有不同长度、宽度、深度的轴电流外滚道损伤凹坑的故障模型及分段函数表达式;最后,利用该故障模型研究了具有不同大小和形状的轴电流损伤凹坑对轴承载荷分布和刚度变化的影响。结果表明:滚动体从滚入到滚出轴电流损伤凹坑过程中,将释放一定量变形,导致损伤区域轴承承载力部分或全部丧失;随着轴电流损伤凹坑变大,轴承刚度变化更大、更迅速。     

轴压比对不同类型ECC框架节点抗震性能影响EI北大核心CSCD

对低周循环荷载下框架节点位移延性系数μ影响因素进行分析,指出轴压比是影响框架节点延性的主控因素。以ECC框架节点中十字型节点和T型节点抗震性能试验为原型,基于有限元软件ABAQUS中CDP模型建立框架节点计算模型,并与试验结果比较,验证了计算模拟的可靠性。基于此,建立轴压比分别为0.3,0.5,0.7和0.9的二级抗震等级下的ECC框架节点计算模型,研究轴压比对不同类型ECC节点抗震性能的影响。结果表明:轴压比对ECC框架节点抗震性能影响明显,十字型及T型节点的耗能能力、刚度退化及位移延性系数与轴压比(0.5-0.9)呈负相关,其构件破坏形态为延性破坏;而在同一轴压比(0.3-0.7)和加载制度下,T型节点的抗震性能要优于十字型节点,位移延性系数增加4.1%-35.1%。为了保证十字型、T型框架节点的抗震性能,建议ECC框架节点设计轴压比应控制在0.5左右。