一种基于三轴与单轴随机振动最大应力等效的载荷裁剪方法

为了避免三轴振动试验对产品造成过试验问题,现以单轴振动试验标准为基准,进行基于三轴振动与单轴依次振动最大响应应力等效的三轴载荷谱裁剪。首先对线性系统在随机振动下激励与响应均方根值的关系进行推导,将单轴振动时的最大等效应力与三轴振动时的最大等效应力的比值n作为三轴振动载荷谱均方根值的裁剪系数,裁剪保持载荷谱扫频范围、拐点频率值以及载荷谱斜线段的斜率N不变,根据梯形谱均方根值计算公式反推出梯形载荷谱直线段谱值,进而得到满足三轴与单轴随机振动最大应力等效的三轴载荷谱。通过对某典型舱段结构进行三轴载荷谱的裁剪,并将载荷谱裁剪后的三轴振动应力响应与载荷谱裁剪前的单轴振动应力响应进行对比,验证了方法的有效性与准确性。     

气囊隔振装置对中扰动控制研究*

将气囊隔振装置应用于船舶主机能大幅度衰减振动向船体的传递,但其主要难点之一是解决主机与轴系的适配性问题。主机运行过程中的各种对中扰动会增大主机的不对中量,对其进行控制是适配性研究的重要组成部分。根据气囊隔振装置的特点,提出通过气囊的充放气调整来抵消对中扰动的影响。在试验数据的基础上,分析了对中扰动控制的可行性并给出了控制方法。分析结果表明对中扰动控制能取得良好的效果。     

安装间隔棒的双分裂导线微风振动分析

为了分析安装了间隔棒的双分裂导线微风振动强度,研究了利用有限差分法(FDM)分析微风振动的关键技术。基于能量等效原理,将实测的输电线自阻尼功率等效成为粘滞阻尼系数,将输入风功率等效成为微风激励力。推导了分裂导线-间隔棒体系动力微分方程,利用四阶有限差分格式求解动力方程得到导线的最大振幅;根据振幅和曲率的关系推导了输电线动弯应变幅值沿输电线的分布规律。通过某220kV双分裂导线算例分析:未安装间隔棒时,有限差分结果与能量平衡法分析结果吻合较好;安装了间隔棒的情况下,有限差分法能够反应间隔棒刚度、阻尼对分裂导线微风振动的影响,并且可以考虑由于子导线振动差异导致的相互拉扯效应。     

变质量提升系统钢丝绳轴向-扭转耦合振动特性

为了掌握变质量提升系统的振动特性,考虑提升钢丝绳的扭转运动并根据变质量非完整系统的Ham ilton原理建立了钢丝绳轴向和扭转耦合振动数学模型,并推导了变质量提升系统振型函数及确定轴向与扭转耦合振动频率的超越方程,给出了基于振型函数随系统质量变化及固定不变两种情况下变质量提升系统钢丝绳振动位移、张力和扭矩响应的求解方法。以矿井提升箕斗装载为工况进行应用分析,结果表明:两种求解方法得到的响应基本接近;提升容器装载过程是一个质量增大振动频率减小的过程,钢丝绳的动位移、张力和扭矩以波动形式逐渐增加。装载量较大时可采用振型函数固定的方法计算装载提升系统的频率和响应,冲击较大的载荷建议考虑提升容器的波动载荷,从而有助于提高计算效率和增强提升系统的安全可靠性。     

SWATH船在砰击载荷作用下动态响应研究

针对SWATH在波浪中航行时,其湿甲板底部易遭受砰击从而引起船体振动的现象,对SWATH的砰击动态响应和强度进行了研究。利用SWATH在规则波中船波相对运动推导了随空间和时间变化的砰击载荷,采用有限元数值仿真,计算了SWATH湿甲板受砰击载荷作用的动态响应,分析了其位移和应力分布规律;并与静强度法砰击响应进行了比较,对湿甲板强度设计方法进行了探讨,为船舶结构设计提供参考     

变速多移动质量耦合作用下柔性梁系统振动响应分析

针对多移动质量耦合作用下柔性梁的振动响应进行研究分析。根据柔性梁振动理论,考虑移动质量间相互运动与柔性梁弹性振动之间的耦合作用,建立了多移动质量-柔性梁系统的振动方程。采用时变力学系统数值求解方法,对多移动质量以不同运动形式作用下柔性梁系统的振动响应进行求解分析。计算结果表明：移动质量间相互运动的形式不同,梁的振动效果不同;与单个移动质量叠加作用相比,多移动质量间耦合作用下的梁的振动效果呈现显著的不同。     

软着陆气囊缓冲特性与参数设置的理论研究

摘 要 本文将软着陆气囊的缓冲过程分解为绝热压缩和排气释能两个过程,从热力学和刚体动力学的基本方程出发,建立了软着陆缓冲过程的理论分析模型,并给出了缓冲响应的数值计算方法。针对立式软着陆气囊的参数设置和缓冲响应估计问题,给出了固定排气口型气囊和可控排气口型气囊相关参数的设计方法,同时以一个无人机模型的软着陆回收为例进行了缓冲响应仿真。基于简化模型及缓冲过程状态参数-时间特性曲线,分析研究了未设置排气口、固定型排气口与可控型排气口气囊的缓冲特性及其应用优劣,为工程与研究人员提供了气囊尺寸估算、缓冲系统性能预测、排气口面积选择与主动控制律设计的理论依据,研究结果具有明确的工程参考价值。     

分数导数黏弹性准饱和土中球空腔振动特性

在频率域内用解析方法研究分析了简谐轴对称荷载和流体压力作用下分数导数黏弹性准饱和中球空腔的稳态响应问题。将土骨架等效为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体,基于Biot两相饱和介质模型,通过势函数推导求得了边界部分透水时分数导数粘弹性准饱和土中球空腔的位移、应力和孔压等的解析解。根据界面连续性条件,确定了待定系数的表达式。在此基础上,考察了准饱和土各参数对动力响应的影响,结果表明：轴对称荷载和流体压力两种情况时,相对渗透系数对动力响应的影响有较大的差异。分数导数本构模型更合理地描述了准饱和土中球空腔的振动特性。     

含金属芯压电纤维的纵向振动研究

建立了悬臂杆结构含金属性芯电纤维的纵向振动模型和动态测试模型。基于第一类压电方程,推导了外加简谐激励电压时,悬臂杆结构含金属芯压电纤维的等效纵向外力;基于纵向振动理论,推导出纵向振动模型;并由电位移,得到表面电荷、电流、导纳,建立了动态测试模型,通过测量共振频率fr、反共振频fa率和低频电容,计算出压电纤维的几个主要参数：弹性柔顺系数 、机电耦合系数 、介电常数 和压电常数 。详细叙述了纵向振动模型和动态测试模型的建立过程,并给出了具体的测试方法,提供了一个实际试样的测试结果。测试结果表明,根据纵向振动模型所建立的动态测试方法可以快速、准确地测量含金属芯压电纤维的主要参数。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

力限控制在振动试验中的应用研究

传统航天器加速度响应控制振动试验是根据特定的加速度规范,控制振动台台面加速度,这种试验方法会在试件固有频率处产生过试验现象,力限振动试验可以有效地缓解这种过试验.本文基于简单二自由度模型给出了详细计算力限条件的方法,在此方法基础上,推导出了航天器试件支架与振动台台面间力谱和加速度谱,并对试件支架进行力限正弦振动试验和力限随机振动试验,实验结果表明：与传统加速度响应控制方法相比,基于简单二自由度模型力谱条件的力限振动控制试验能够更加真实模拟动力学环境,有效缓解振动过试验,可以为航天器振动试验提供很好的试验依据。     

含裂纹悬臂梁的振动与疲劳耦合分析

基于Paris方程和同步分析方法考虑振动与疲劳裂纹扩展耦合之影响,提出一种含裂纹梁的振动疲劳寿命分析思路.振动分析过程中,利用线性弹簧等效裂纹段,复弹性模量引入阻尼损耗因子,得到考虑裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素影响的动应力响应.结果表明:裂纹扩展、激励频率和阻尼等因素对疲劳寿命具有重要的影响.通过振动分析与疲劳裂纹扩展寿命估算同步进行,可进一步提高疲劳寿命估算精度.     

波纹钢腹板组合箱梁应力相关阻尼特性研究

基于应力相关材料阻尼理论,选择波纹钢腹板组合箱梁这一新型钢、混组合桥梁结构,通过波纹钢板和钢筋混凝土的单位体积损耗因子,由能量法推导求得波纹钢腹板组合箱梁的损耗因子公式。结合有限元计算的各个单元的应力得到损耗因子,根据一个振动周期能量耗散相等原理,求得等效阻尼比,并将其与实测结果进行比较。分析结果表明：波纹钢腹板组合箱梁桥材料阻尼值不是一个固定值,它是随着应力水平的提高而增大。在自由振动和车辆荷载激励状态下,波纹钢腹板组合箱梁的等效阻尼比建议取为0.3%。提出的损耗因子公式和等效阻尼比的计算可为波纹钢腹板组合箱梁桥动力分析中阻尼的取值提供参考。     

移动质量作用下轴向运动悬臂梁振动特性分析

将弹炮发射系统简化为移动质量作用下的轴向运动悬臂梁系统,推导了轴向运动梁的振动方程,采用修正的Galerkin法离散求解该偏微分方程,得到以模态坐标表示的二阶时变常微分方程组,通过Newmark-β法对方程组进行了求解。计算结果表明,移动质量载荷主要使梁的一阶模态受到激励,移动质量的大小和运动速度对悬臂梁的振动响应影响较大,在移动质量作用下梁的伸缩运动都处于不稳定状态;在移动质量脱离悬臂梁后,梁的轴向收缩运动使得梁的瞬时振动频率不断减小,振动位移逐渐衰减,而振动速度逐渐增大,梁的运动处于不稳定状态,伸展时梁的自由振动规律相反。     

离心泵流动诱发振动特性数值计算分析

建立了一种适用于离心泵等叶轮机械流动诱发振动工程计算的数值模型和方法流程。基于URANS方程求解泵内流场,在流场非定常计算过程中输出叶轮所受时域脉动压力,将脉动压力通过FFT转换到频谱并以之作为泵组结构的振动激励源,采用隐式有限元方法进行泵组结构振动响应的计算。计算方法通过测试得到验证,可以用于离心泵流动诱发振动特性的计算评估和低噪声设计。完成了原型和改进型船用海水泵在设计工况下流动诱发振动响应的计算,分析了两型泵流场、振动激励源和振动响应等特性。计算表明,泵的改型设计显著减小泵内压力脉动以及振动激励源,改型泵振动小于原泵。     

高压气井完井管柱系统的轴向流固耦合振动研究

目前针对石油完井管柱的研究没有考虑瞬变流诱发的管柱运动,而实际的管柱与管内流体存在相互影响、相互作用。对完井管柱系统流固耦合振动响应进行了初步分析与探索,给出了适用于气井完井管柱流固耦合分析的数学模型,提供了采用特征线法对耦合模型进行解耦以及采用插值方法进行数值求解的具体过程,并以现场数据为例,预测分析了天然气不稳定流动引起的流体压力、管柱应力、管柱振动速度的耦合响应过程。研究结果表明：天然气不稳定流动使管柱处于交变应力状态,并诱发管柱往复运动,这将加剧完井管柱结构的疲劳破坏与磨损破坏。该结果对预防完井管柱先期实效有实际工程意义     

具有约束层阻尼旋转复合材料轴的动态特性研究

复合材料驱动轴在高速旋转下的振动抑制,是先进直升机和汽车传动系统结构设计需要考虑的重要问题。约束层阻尼技术是工程领域内普遍采用的实用有效的阻尼减振设计方法;然而通过采用约束层阻尼处置方式增加复合材料传动轴的阻尼能力的研究报道,目前国内外很少见到。从应力-应变关系、应变-位移关系出发,推导出复合材料Timoshenko轴、约束层与黏弹性层的动能及势能的数学表达式,采用Hamilton原理建立具有约束层阻尼的旋转复合材料轴的运动学方程。采用广义Galerkin法对动力学方程进行了离散化,建立了广义坐标表示的自由振动方程组,通过特征值求解得到系统的固有频率和阻尼比;基于比例阻尼假设和四阶Runge-Kutta数值积分方法求解上述方程,得到系统的自由振动响应曲线。通过数值分析揭示了约束层材料、黏弹性层材料、铺层方式、长径比和转速对具有约束层阻尼的旋转复合材料轴的固有振动特性以及自由振动响应特性的影响。     

基于振动测试的非线性参数识别方法

研究了利用特殊的正弦扫频技术识别非线性参数的方法。该方法利用目前线性系统成熟的模态分析技术,并结合等效线性化理论,通过振动测试识别结构的非线性参数,可以建立一个更加准确的模型来反映非线性结构的动力学特性,从而提高模型的预测精度。该方法包括两部分：（1）常位移测试识别非线性刚度;（2）常速度测试识别非线性阻尼。常位移测试是在一次正弦扫频过程中,通过调整各频率下的激励力幅值使得位移响应的幅值为常数,获得一组频响函数,通过模态分析获得等效刚度;改变位移响应的幅值进行多次测试,获得多组等效刚度;对获得的一系列恒定位移响应下的等效刚度进行曲线拟合,即可获得所有线性和非线性刚度参数。常速度测试与其类似。以三自由度非线性系统为例,进行了常位移测试和     

船舶主机气囊隔振系统对中控制的响应特性分析及算法研究

分析了气囊隔振装置的压力变化对主机对中姿态的影响,认为主机姿态控制的响应计算可进行线性化处理,并给出了满足线性计算精度要求的压力变化范围。基于分析结果,提出了一种的优化控制算法,将气囊压力分布与对中姿态同时作为控制目标。在试验台架上验证了理论分析的正确性,控制算法使气囊压力与对中姿态两个指标均能快速收敛到精度范围,具有较高的控制精度。     

波谱单元法在空间桁架地震响应分析中的应用

摘 要：针对传统波谱单元法（SEM）只能用于求解节点集中荷载作用下结构动力响应问题的不足,提出了一种通过计算地震等效波谱节点荷载求解桁架结构地震响应的方法。基于虚功原理,利用波谱形函数积分得到地震等效波谱节点荷载的显式表达式,通过修改波谱单元法中单元刚度矩阵的波数,考虑了阻尼对结构动力特征的影响,采用数值拉普拉斯（Laplace）变换替换快速傅立叶（FFT）变换,回避了传统波谱单元法中FFT的周期性问题。利用地震荷载等效后的波谱节点荷载对三维空间桁架结构进行地震响应分析,结果表明,采用本文的方法能方便的计算桁架结构的地震等效波谱节点荷载,精确求解结构的地震响应,与传统有限元法（FEM）相比,大大减少计算单元数量,提高计算精度,且便于编程计算。