基于CAE/CAT/CAO的齿轮箱轴承结合部等效刚度识别方法

基于CAE/CAT/CAO技术,提出一种有限元模态分析、试验模态分析与Isight集成优化方法相结合的精确识别轴承结合部等效刚度的方法:1采用Abaqus有限元分析软件建立齿轮箱有限元分析模型,通过spring单元模拟轴承三个方向的等效刚度,并将其作为设计变量;2基于LMS模态测试分析系统对齿轮箱进行试验模态分析,得到包含轴承结合部信息的各阶固有频率和振型,并以试验模态分析得到的固有频率值作为优化目标值;3通过Isight软件集成Abaqus对轴承刚度进行寻优,使有限元模态分析的结果与试验模态分析的结果相一致。分析结果表明,该方法综合考虑了齿轮轴、箱体的柔性,具有较高的精度,优化后的齿轮箱有限元模型与试验模型动态性能一致性好。     

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     

基于柔性铰链的超磁致伸缩旋转驱动器角位移分析

为满足大行程高精度角位移的需求,以尺蠖式运动为工作原理,设计了基于柔性铰链的超磁致伸缩旋转驱动器,通过上、下钳紧机构和驱动机构的配合,实现转子的角位移累积输出。将柔性铰链简化成超静定梁进行受力分析,确定其等效刚度,采用有限元法对刚度进行了模拟验证,模拟值和计算值吻合,最大相对误差为1.78%,进行模态分析和强度校核;根据电压定律、磁阻理论、线性压磁模型和动力学理论建立了角位移模型,搭建实验系统进行了实验测试。计算和实验结果表明:在工作电压和频率范围内,建立的角位移模型能准确的反映旋转驱动器的角位移输出,最大误差为8.55μrad,最大相对误差为4.52%。旋转驱动器的最小和最大单步角位移分别为111.93μrad和351.71μrad,角位移输出稳定,最大相对误差为4.83%。     

基于Rayleigh法的风机塔筒预应力基本频率解析计算方法

风机大型化发展趋势使塔筒高度更高、柔性更大,塔筒直径及壁厚随高度变化更加多样,使传统简化基频解析计算方法计算精度大幅下降,较难满足塔筒设计前期基频估算要求。引入等效壁厚、平均等效当量惯性矩考虑塔筒直径和壁厚沿高度的多种变化情况,简化塔筒刚度计算;基于Rayleigh能量法基本原理,考虑风轮和机舱质量对塔筒预压应力、质量偏心以及塔筒不同变形形式对基频计算的影响,提出了相应的塔筒基频解析计算方法。塔筒数值算例和实验室缩尺试验表明：顶部机舱、叶轮质量偏心对塔筒基频影响较大,解析计算时应考虑其影响;均布荷载变形下的塔筒基频解析值更接近真实值;所提解析法与精细化有限元模型计算值的偏差小于4%,与缩尺模型实测值的偏差小于5%。     

用于阻尼器试验的斜拉索等效模型建模

该文提出一种便于试验室内布置的短梁模型等效斜拉索,利用该模型可进行足尺拉索阻尼器试验研究。等效原则为,附加阻尼器后等效模型一阶振动频率及模态阻尼与其原型按张紧弦理论计算得到的相应值相等。该文首先提出了等效模型的概念及参数;然后,对比水平张紧弦-线性粘滞阻尼器系统的振动分析理论,对等效模型进行了自由振动和有阻尼振动的参数分析,采用数值方法分析了模型的振动特性;最后比较模型与原型的振动特性,提出确定模型参数的方法。数值模拟结果表明:按上述方法得到的等效模型与原型一阶振动频率及附加相同阻尼器后模态阻尼比的差值均小于5%,等效模型具有良好的精度。     

基于改进高斯径向基函数响应面方法的蜂窝板模型修正

用等效板理论计算蜂窝板等效结构参数建立基准有限元模型, 对基准模型中结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型。根据均匀设计方法将等效参数分为不同水平的参数组, 分别计算各参数组对应的模态频率响应, 然后建立基于一次式-高斯组合径向基函数(Linear-Gaussian RBF)的响应面模型。引入变异算子的改进粒子群算法修正响应面模型, 将搜索到的参数摄动量(优化解)代入待修正模型, 得到修正后模型。通过比较基准模型与修正前后模型的结构参数和模态频率响应的接近程度, 证实了修正方法的有效性。基于响应面的模型修正避免了迭代中重复调用有限元计算, 可提高分析效率。      

多约束条件下采煤机摇臂横向振动分析及试验验证

摇臂是采煤机的关键执行部件,起调节滚筒截割煤岩高度的作用,其在复杂工况环境下会产生强烈的振动。为了研究采煤机摇臂的横向振动特性,首先,对采煤机摇臂及其连接件进行理论建模,建模时将摇臂简化成梁模型、滚筒简化成集中质量块、小摇臂简化成刚性杆以及调高油缸简化成弹簧阻尼系统;然后,根据欧拉-伯努利梁理论构建采煤机摇臂横向振动微分方程,并基于等效替换原则构建其约束方程;接着,利用谐波函数法对采煤机摇臂的横向振动微分方程进行求解,得到其各阶模态的固有频率解析式;最后,利用采煤机模型进行摇臂模态试验,并与理论计算结果进行对比验证。结果表明：基于理论模型计算得到的摇臂前6阶模态的固有频率为1 129,7 036,7 118,17 756,19 800和30 100 Hz,通过试验测得的摇臂前6阶模态的固有频率为1 078,6 268,6 310,15 886,18 938和27 714 Hz;计算值相对于试验值的误差分别为4.73%,12.25%,12.81%,11.77%,4.55%和8.61%,均小于15%,在合理误差范围内。研究结果表明,所建立的采煤机摇臂横向振动模型具有一定准确性和实用性,可为采煤机摇臂的结构优化提供理论支撑。     

悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

将悬臂梁作为动力吸振器附加在振动主结构上来达到振动抑制的目的,数值计算分析表明悬臂梁式动力吸振器具有多频减振特性。按照模态理论建立基于悬臂梁的具有集中参数的等效复式动力吸振器模型,悬臂梁的每一阶模态作为一个自由度的弹簧质量系统,把悬臂梁每阶模态的有效模态质量和等效模态刚度作为每一自由度弹簧质量系统的集中质量和刚度。用悬臂梁式动力吸振器的附加动刚度验证等效复式动力吸振器模型的正确性。将悬臂梁式动力吸振器附加在主梁末端,调谐悬臂梁式动力吸振器的前4阶模态达到对主悬臂梁的多频减振效果,证实了悬臂梁式动力吸振器多频减振特性。     

微重力模拟装置中悬吊弹簧局部模态动力学建模与试验研究

微重力模拟下的地面试验是验证隔振器能否在轨可靠工作的重要措施之一。通常采用悬吊法进行微重力模拟时,悬吊弹簧局部模态处的振动很容易引入隔振上平台。针对悬吊弹簧阻尼低,局部模态振动限制主动隔振控制性能的问题,采用PVC胶带与悬吊弹簧并联的方式提高弹簧阻尼;建立了微重力模拟装置中加胶带悬吊弹簧的连续动力学模型,对比研究纯悬吊弹簧模态振动和加胶带悬吊弹簧模态振动对隔振上平台的影响;搭建了地面试验验证系统并通过试验验证了悬吊弹簧动力学模型的准确性。试验结果表明,粘贴PVC胶带能够起到增加悬吊弹簧阻尼的效果,可以将弹簧的模态振动降低到1μg以下,从而减小模态振动对被动隔振的影响,并有效缓解模态振动对主动隔振控制性能的限制,这种状态能够更准确地反应在轨工作状态。     

考虑横向弯曲振动的轮胎圆柱薄壳模型

建立了充分考虑带束层宽度和厚度及侧向正应变和切、侧向预应力的轮胎三维等效圆柱薄壳模型,提出了一组适合不同频段的轮胎带束层切向、径向和横向振动的位移函数。该模型不仅能够准确计算中低频(0-300Hz)的轮胎面内、外振动固有频率,还能够预测带束层截面方向发生的中、高频弯曲振动(300-500 Hz)。通过瑞利-里兹法求解低频振动并简化计算过程,通过模态展开法求解中高频弯曲振动。使用锤击法试验验证了模型的准确性。