非线性轴向运动黏弹性Rayleigh梁受迫振动的微分求积法

研究了轴向运动黏弹性Rayleigh梁的非线性受迫振动。运用广义Hamilton原理推导出梁和边界条件的非线性控制方程。通过复模态法计算固有频率和模态函数。运用多尺度法获得主共振的稳态响应,根据Routh-Hurwitz分析稳态响应的稳定性,同时得到粘性阻尼,力和非线性系数的影响曲线。如果存在不稳定区域,通过增加粘性阻尼或减小力可使稳态响应的稳定。运用微分求积法对轴向黏弹性梁的受迫振动进行数值分析,并与多尺度分析进行对比,以此来证明了多尺度法的结果的正确性。     

基于多点脉冲激励的主轴系统运行模态分析方法

主轴系统的模态参数是加工稳定性预测及参数优化等的重要依据。针对主轴系统难以实施有效激励的问题,提出了基于多点脉冲激励的运行模态分析(Operational modal analysis,OMA)方法,对刀具、刀柄及主轴分别施加脉冲激励,获取测点的振动响应及互相关函数,采用多参考最小二乘复指数法(poly-reference least square complex exponential method,pLSCE)识别了模态参数。通过模态置信判据方法剔除识别过程所衍生的虚假模态,提高了模态参数识别的准确性。与锤击模态试验结果的对比表明,识别的固有频率与阻尼比的最大相对误差分别为4.57%和11.02%,一致性较好,表明由多点激励下响应信号的互相关函数可准确识别主轴系统模态参数,为主轴系统运行模态分析提供了一种新思路。     

某轿车自车身模态分析

以有限元模态分析和试验模态分析的相关理论为基础,对某轿车白车身的模态进行了研究。首先,在HyperMesh建立了白车身有限元模型,并用梁单元模拟焊点。在Nastran软件中用Lanczos方法对白车身进行了模态分析,得到白车身的固有频率及各阶振型。其次,采用随机信号对白车身进行两点激励,用多点拾振方法采集响应信号,将信号处理后,得到白车身的固有频率及对应的振型。通过对比有限元模态分析结果和试验结果,验证了所建有限元模型的有效性。     

单输入多自由度系统自然激励技术的解析格式

自然激励技术的提出为大型复杂工程结构环境激励下的模态提取提供了一条新的途径,但对于单输入的情况存在以下问题:白噪声激励下结构系统位移响应的互相关函数公式中的相位角和幅值缺乏解析表达式;当动力荷载恰好作用在系统某阶振型的节点时可能出现的现象缺乏分析和物理解释.发展了单输入自然激励技术,推导了白噪声激励下结构位移响应的互相关函数,给出了其中相位角和幅值的解析表达.研究发现,当单输入动力荷载恰好作用在系统某阶位移模态的节点时,任意两自由度位移响应的互相关函数中将不含有频率值等于该阶模态有阻尼固有频率的简谐成分,即该阶模态的信息在互相关函数中得不到反映.     

基于频响函数识别结构非线性模态参数的方法

提出了一种基于频响函数识别结构非线性模态参数的方法,利用线性的模态分析技术,结合响应幅值线性化理论,通过步进正弦扫频测试激励非线性结构,得到结构在不同激励水平下的频响函数信息,最终识别得到非线性模态参数:包括与位移幅值相关的固有频率、与速度幅值相关的阻尼比。通过单自由度非线性系统与线性系统的对比,验证该方法的可行性。通过提取系统的非线性等效刚度、阻尼函数,与谐波平衡法的结果进行对比,验证该方法识别的准确性。     

短波不平顺对高速动车组ATP天线梁弹性振动特征的影响

ATP天线梁是位于动车组转向架上的重要部件之一，在动车组实际运行过程中会发生明显的弹性振动。搭建刚柔耦合动力学模型，通过施加扫频激励，获得天线梁的工作模态频率。构造含短波不平顺的随机激励并将其作为模型的输入，采用数值方法，获得天线梁在不同激励参数和不同运行速度下的振动响应。从应力的时域、频域、RMS值以及应力谱等角度分析以上因素对天线梁弹性振动的影响，揭示天线梁发生弹性振动的原因。短波不平顺波长与列车速度形成的激扰频率，与天线梁的工作模态频率接近时会导致其弹性振动加剧。天线梁中部T4位置的应力值随短波不平顺波深呈线性增加，且应力谱中高幅值应力的频次明显增加。通过调整车辆的运行速度以避开天线梁的敏感频率，可使天线梁弹性振动水平明显降低。研究结果对揭示高速动车组ATP天线梁弹性振动机理、提出天线梁弹性振动抑制方法等具有一定的参考意义。     

局部模态传感器的设计

以振动梁为例,提出在振动梁的局部表面粘贴特定形状的PVDF薄膜作为传感器测量结构的模态坐标,并通过勒让德多项式推导得到所需的PVDF模态传感器的形状函数。数值计算表明这种模态传感器的设计是可行的,并且这种传感器设计方法与振动梁的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。     

轴向运动Timoshenko梁固有频率的求解方法研究

研究两端铰支边界条件下Timoshenko模型轴向运动梁的横向振动问题,分别利用复模态分析方法和Galerkin方法求解系统的固有频率;讨论轴向运动梁前两阶固有频率随轴向运动速度的变化情况;最后给出数值算例,分析复模态分析方法、二阶Galerkin截断和四阶Galerkin截断方法对固有频率结果精确度的影响.     

某机载电子设备振动模态与频响分析

首先从模态振型叠加的角度分析了正弦激励下具有比例阻尼的系统输出位移响应,讨论了一般粘滞阻尼时系统用复模态参数表示的频率响应函数。对给定的工程算例,运用MSC.Patran和Nastran软件进行电子设备的模态分析、扫频振动以及随机振动的频响分析和数值仿真。最后基于模态叠加理论分析了系统的冲击响应问题,并计算了简化模型在给定冲击条件下的位移响应。     

一种工作模态参数的在线时域辨识方法

根据环境激励具有随机性以及线性系统在环境激励下各输出点响应之间的相关函数与系统的脉冲响应函数具有相同的数学表达式等特点，给出了在线模态参数识别的理论，并提出了仅根据环境激励响应识别模态参数的新方法。     

A parametric study on design of a microrate-gyroscope with parametric resonance

Parametric excitation for MEMS gyroscopes can provide resonance in both the drive and the sense modes, even with mismatched natural frequencies. In this paper, requirements for such a condition are studied by analyzing the effect of each factor on the steady state amplitudes of the two modes. To develop a general study, the governing equation of the gyroscope is scaled and non-dimensionalized. The resulting governing equation is in the form of a cubic Mathieu equation coupled to a Duffing equation. In the study of the scaled system, for a gyroscope with matched natural frequencies, three sets of optimum designs are obtained. Then, the robustness of parametric excitation for a gyroscope with mismatching modes is shown. As the results indicate, parametric excitation is able to provide high accuracy and robustness for MEMS gyroscopes.     

轴向运动简支-固支梁的横向振动和稳定性

研究一端简支一端固支轴向运动梁的横向振动和稳定性。提出在给定边界条件下确定一匀速运动梁固有频率和模态函数的方法。当轴向运动速度在其常平均值附近作简谐波动时,应用多尺度法给出轴向变速运动梁参数共振时的不稳定条件。用数值仿真说明相关参数对固有频率和不稳定边界的影响。     

Use of internally resonant energy transfer from the symmetrical to anti-symmetrical modes of a curved beam isolator for enhancing the isolation performance and reducing the source mass translation vibration: Theory and experiment

This study aims to use the internally resonant energy transfer from the symmetrical to anti-symmetrical modes of a simply supported curved beam isolator to enhance the isolation performance and reduce the source mass vibration. The model is setup and based on the differential equation of the Euler-Bernoulli beam. The dynamic modal displacements and forces are then obtained from the model using a numerical integration method. The numerical and experimental results indicate that when the ratio of the resonant frequencies of the first bending symmetric and anti-symmetric modes is close to 2 and the excitation frequency is equal to the resonant frequency of the first symmetric mode, the contribution of the first anti-symmetric mode is significant, even though the curved beam and excitation are symmetrical. The net modal force induced by the first anti-symmetric mode acting on the ground is much smaller than that of the first symmetric mode because the two reaction forces at the beam ends induced by the first anti-symmetric mode are equal but opposite. Further, the source mass translational vibration is significantly reduced because it is placed on the node of the anti-symmetric mode.     

柴油机机体三维建模及有限元模态分析

应用有限元理论模态分析,对SF480型发动机的机体进行了动态特性研究.首先,在Pro/E中建立机体的三维实体模型,再导入ANSYS中进行网格划分,得到其有限元模型,采用子空间迭代法进行模态求解得到前10阶固有频率和振型;其次,通过理论模态与实验模态参数的对比,验证了结果的有效性,并分析了机体模态的规律,为该类型发动机的机体结构优化提供了一定的参考依据.     

电流变液夹层梁滑模振动控制的研究

采用Rayleigh-Ritz方法推导电流变夹层梁的动力学方程，在夹层梁动力分析的基础上，基于滑模控制理论，设计电流变夹层梁的主动控制的控制器。研究确定性系统和不确定性系统控制率生成。数值仿真的结果表明这些控制策略是十分有效的和现实可行的。     

弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁自由振动的微分变换法求解

基于Timoshenko梁理论研究弹性地基上转动功能梯度材料（FGM）梁的自由振动。首先确定功能梯度材料Timoshenko梁的物理中面,利用广义Hamilton原理推导出该梁在弹性地基上转动时横向自由振动的两个控制微分方程。其次采用微分变换法（DTM）对控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁在夹紧-夹紧、夹紧-简支和夹紧-自由三种不同边界条件下横向自由振动的量纲一固有频率,与已有文献的计算结果进行比较,退化后结果一致。最后讨论了不同边界条件、转速、弹性地基模量和梯度指数对功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响。结果表明：功能梯度材料Timoshenko梁的量纲一固有频率随量纲一转速和量纲一弹性地基模量的增大而增大;在量纲一转速和量纲一弹性地基模量一定的情况下,梁的量纲一固有频率随着功能梯度材料梯度指数的增大而减小。     

Numerical analysis and experimental investigation of modal properties for the gearbox in wind turbine

Wind turbine gearbox (WTG), which functions as an accelerator, ensures the performance and service life of wind turbine systems. This paper examines the distinctive modal properties of WTGs through finite element (FE) and experimental modal analyses. The study is performed in two parts. First, a whole system model is developed to investigate the first 10 modal frequencies and mode shapes of WTG using flexible multi-body modeling techniques. Given the complex structure and operating conditions of WTG, this study applies spring elements to the model and quantifies how the bearings and gear pair interactions affect the dynamic characteristics of WTGs. Second, the FE modal results are validated through experimental modal analyses of a 1.5 WM WTG using the frequency response function method of single point excitation and multi-point response. The natural frequencies from the FE and experimental modal analyses show favorable agreement and reveal that the characteristic frequency of the studied gearbox avoids its eigen-frequency very well.     

A parametric study of the clustering of modes in the vibration of partially embedded beams

The phenomenon of modal clustering is investigated for any beam which is partially embedded in an elastic Winkler foundation. An exact closed-form solution to the governing equations enables an understanding of the phenomenon to be developed. A specially written computer algorithm allows a parametric study to be undertaken from which a series of charts are developed which facilitate the prediction of the existence of clustered modes for a wide range of problems. Trends in natural frequencies are explained and mode shapes are examined where clustering exists.     

利用传递矩阵法对阶梯悬臂梁的裂纹参数识别

基于Bernoulli-Euler梁振动理论,以等效弹簧模拟裂纹引起的局部软化效应,利用传递矩阵法推导阶梯悬臂梁振动频率的特征方程,对于含多个裂纹以及复杂边界条件的阶梯梁,仅需求解4×4的行列式即可获得相应的频率特征方程。直接利用该特征方程,提出两种有效估计裂纹参数的方法———等值线法和目标函数最小化法,并应用两段阶梯悬臂梁的数值算例说明方法的有效性。算例结果表明,只需结构前三阶频率即可识别裂纹位置和深度。应用“零设置”可减小计算频率与理论频率不相等对识别结果的影响。等值线法可以直观给出裂纹位置和裂纹深度参数,目标函数最小化法可给出最优的裂纹参数结果,并且该方法可推广应用到含多个裂纹复杂梁(如非完全固支、弹性支撑等)结构的裂纹参数识别中。     

含多条裂纹梁的模态与振动疲劳寿命分析

基于Paris公式,提出了一种含多条裂纹梁疲劳寿命预估的方法。在模态分析中,基于传递矩阵方法,利用无质量的弯曲弹簧等效裂纹,提出一种求解含有多条裂纹梁固有振型的方法,分析裂纹数目、裂纹位置、裂纹深度对裂纹梁固有频率的影响。在振动疲劳分析中,研究了在简谐激励作用下裂纹数目对裂纹尖端应力强度因子的影响。通过Paris疲劳裂纹扩展方程和同步分析法,考虑裂纹梁振动与裂纹扩展的相互作用,分析了裂纹数目和裂纹位置对裂纹梁疲劳寿命的影响。结果表明,裂纹数量、裂纹位置和深度对梁的模态参数和疲劳寿命有重要影响。