扭转弹性波主动控制中传感器和二次源的优化布置

建立抟转弹性波主动控制系统的物理模型，研究二次源、误差传感器位置对最优控制效果的影响。研究并证明以位移响应为控制目标函数和以功率流为控制目标函数在扭转弹性波主动控制最优效果的实现上，两者的同一性，从而使得在主动控制的实现上，用简单的位移测量就可以代替关于振动能量传递所进行的复杂的测点布置和计算处理，使主动控制的实际操作变得简单易行。试验研究进一步证实了在扭转弹性波主动控制最优控制效果的实现上，对二     

压电纤维布置结构对Lamb波方向识别的影响研究

由于压电纤维对Lamb波具有良好的方向传感特性,采用类似"应变花"的压电纤维传感器能够实现Lamb波方向检测。针对常见的45°直角形、135°直角形、60°三角形和120°三角形等4种结构形式,开展理论、仿真和实验研究不同压电纤维传感器布置结构对Lamb波方向识别精度的影响。根据压电方程和Lamb波传播衰减特性,理论推导了窄带激励下压电纤维对A_0模式Lamb波的传感响应方程,定义基于3根压电纤维响应幅值的误差函数来估计Lamb波方向;利用ANSYS软件开展压电耦合仿真分析获得不同压电纤维传感器的响应信号,并开展了相应的实验测试,采用匹配追踪算法进行信号分解并提取其响应幅值;根据误差函数和响应信号对Lamb波方向进行识别,对比并讨论了仿真和实验误差产生的原因。分析结果表明:4种压电纤维布置结构的识别误差取决于压电纤维长度与布置角度、激励频率、实验压电纤维的粘接等情况;从总体误差大小来看,135°直角形结构方案最优,误差小于4%;60°三角形略优于45°直角形结构,误差小于8%;由于120°三角形结构整体尺寸较大,其识别误差最大,这将为压电纤维传感器结构设计提供了一定的理论依据。     

基于虚拟传感的薄板结构辐射声主动控制研究

为抑制薄板辐射低频噪声，以局部覆盖宏纤维复合材料压电片的对边固支矩形薄板为对象，围绕其辐射声的主动控制展开研究。首先，采用有限元法建立薄板的动力学模型，并通过模态试验验证，在此基础上通过单元辐射体法建立薄板的声辐射模型；其次，结合结构辐射模态和空间可控性构建了结构-声可控性指标，并采用离散萤火虫算法对作动器位置进行了优化；然后采用空间梯度加权求和控制策略，引入基于结构响应传递率的虚拟传感器，实现单误差传感的结构声主动控制，并采用归一化动量Fx LMS算法完成了控制器的设计；最后进行了数值仿真和快速控制原型试验的研究。结果表明：引入虚拟传感器后减少了误差传感器使用数量，且主动控制控制效果无明显衰减；以结构-声可控性指标为目标优化作动器位置取得更好的效果；多种激励下薄板辐射声主动控制实际效果显著。     

阶梯轴中扭转弹性波传播理论及轴系扭振动力响应计算

以工程中常见的多级阶梯轴连续模型为研究对象,利用弹性波传播理论,对于某轴段在一均布扭振激励力矩作用下的整个轴系的扭振响应进行了研究,通过建立各轴段的波动方程组,利用边界条件,实始条件及在变截面处的反射,透射现象,得到了各个轴段中的行波沿轴向传播的表达形式;利用数值迭代方法可求得任一截面上的扭振动力响应。以汽轮发电机组轴系为对象,进行了扭振动力响应计算的研究,并与其它方法进行了比较。     

由精密齿轮传动链轴弹性弯曲变形产生的回差

对于精密齿轮传动链，轴弹性变形也是影响回差计算的主要因素。现行计算方法仅计入轴弹性扭转变形对回差的影响，因此存在较大误差。通过分析及计算，导出了包括轴弹性扭转变形及弹性弯曲变形在内的轴弹性变形产生回差的计算公式。研究表明。轴弹性弯曲变形对轴弹性变形产生回差的影响不容忽视。     

对由轴弹性变形产生回差的研究

对于双向精密齿轮传动链，轴弹性为形也是影响回差计算的主要因素之一。现行计算方法仅计及弹性扭转变形对轴弹性变形产生回差的影响，因此存在较大误差。本文通过系统的分析及计算，导出了包括轴弹性扭转变形及弹性弯曲变形影响在内的轴弹性变形产生回差的计算公式。本文研究表明，轴弹性弯曲为形对轴弹性变形产生回差的影响不容忽视。     

弹性连杆机构振动的模型预测主动控制研究

基于机构离散状态空间模型,提出了抑制弹性连杆机构振动响应的模型预测主动控制方法。将复杂机构动力学模型中的非线性因素、耦合因素以及系统高阶模态的影响作为扰动,建立了预测机构动态变形响应的预测模型,采用带实时预测误差修正的模型预测控制方法对弹性连杆机构的振动进行了主动控制,降低了控制方法对复杂机构数学模型的要求,提高了控制系统的实时性。数值仿真和实验结果证明了该方法的有效性。     

“分扭-并车”传动系统均载弹性轴扭转刚度精确计算

直升机主减速器齿轮"分扭-并车"传动系统中,弹性轴的扭转刚度对传动系统的均载性能有重要影响,并与其花键联接段的扭转刚度密切相关。为精确计算均载弹性轴的扭转刚度,结合Lisp语言编程及ABAQUS有限元软件的建模功能,建立了带有渐开线花键联接的弹性轴有限元精确模型,通过模型分割及有限元分析计算,求得弹性轴扭转刚度的精确值。通过对比精确计算与工程简化计算所得到的弹性轴扭转刚度值,表明了精确计算的有效性和可靠性。     

固态振梁角速率传感器的动力学特性与误差分析

研究固态振梁型角速率传感器加工误差的类型和对性能的影响程度。从动力学特性和误差产生的机理入手,针对因加工水平限制传感器而产生的输出误差进行理论推导,并结合100mm合金振梁完成数值计算,得出正交误差是影响陀螺输出性能的主要因素误差源,而驱动轴同敏感轴的垂直度是影响正交误差的主要因素;经计算质心偏移误差随着角加速度值变化而变化,在角加速度较小的情况下可以忽略;寄生哥氏力误差对陀螺性能的影响最小。对驱动轴同敏感轴垂直方向偏差角为0.6260°时的正交误差进行仿真,结果同理论等效值(输入值为2π/°s时的输出)的误差为4.88%,仿真结果同理论推导结果吻合。证明改进加工工艺及降低驱动轴同敏感轴的垂直度对改进固态振梁角速率传感器性能的有效性。     

变截面轴中弹性波传播特性试验研究

在对大型旋转机械转轴进行状态监测时,振源的振动需要通过轴等的传播后进行间接测量,振动信号在轴中传播时也可能发生变化,因此有必要对轴中弹性波的传播特性进行研究。轴中弹性波的传播特性则受到轴本身几何尺寸、形状等因素的影响,同时转速也可能对弹性波在转轴中的传播特性产生影响。在理论研究的基础上搭建试验系统,研究变截面轴截面变化形式、端面面积比以及转速对弹性波传播特性的影响。试验结果与理论分析结果吻合,证明了轴截面面积变化、面积比以及转速对弹性波的传播特性存在影响。     

磁致伸缩液位传感器双检测线圈温度补偿与噪声抑制

为了校正扭转波速度、补偿温度、抑制脉冲电流噪声以及提高输出信号的信噪比,设计了一种双检测线圈结构应用于磁致伸缩液位传感器。推导了扭转波速度与温度的数学模型,得到了扭转波速度随温度的变化趋势;分析了单检测线圈结构存在温度影响测量结果与脉冲电流幅值大等问题。通过理论分析,最终的实验结果表明,与单检测线圈结构相比,双检测线圈结构能够快速计算扭转波速度,补偿温度对测量结果的影响,将脉冲电流噪声信号幅值降低至原来的1/27,测量误差由原来的0.18 mm降低至0.02 mm。双检测线圈结构为磁致伸缩液位传感器优化设计提供了理论指导。     

一种磁致伸缩式超声波激发/接收传感器的研究

以研制磁致伸缩式超声波传感器为目标，分析了磁致伸缩式超声波传感器的工作原理——磁致伸缩效应及逆效应，重点讨论传感器结构设计及线圈参数选择计算，制作了磁致伸缩式超声波传感器。本文研制的传感器在脉冲激励电流的作用下，可在细丝中激发超声波，同时还可以接收细丝中传播的超声波；该传感器既可以激发扭转波，又可以激发纵波。可用于测量液位、温度、液体密度和材料的声速、弹性模量等物理量。     

大型汽轮发电机组转子轴系扭振弹性波的解析研究

建立了汽轮发电机组轴系的弹性连续体扭振模型,提出了求解复杂阶梯轴系扭振波动方程的解析方法。计算了一台200MW机组转子轴系扭振波动特性的精确解,并与离散系统计算结果做了比较。根据机组扭振干扰力矩的复杂性和随机性,利用该方法进行了网机耦合作用下的扭振强迫振动考核。     

磁致伸缩式扭转超声波位移传感器的研究与设计

介绍磁致伸缩式扭转超声波位移传感器的工作原理及设计机制。该传感器利用磁致伸缩的Wiedeman效应发射扭转波，利用磁致伸缩逆效应接收回波信号，根据发射脉冲与回波信号的时间差计算活动磁铁的位置，由于磁致伸缩材料和扭转波传播的特性，以及测量电路对于精确测时功能的实现，使和该传感器同时具有精度高，成本低，寿命长和安装简便，适用范围宽等优点。     

Dynamic stability of a shaft system connected through a Hooke's joint

Dynamic stability of the torsional vibrations of a shaft system consisting of two torsionally elastic shafts interconnected through a Hooke's joint is investigated by means of a two degree-of-freedom model. The linearized equations of motion are shown to consist of a set of Mathieu-Hill equations and stability of their solutions is analyzed by means of a monodromy matrix method. Results are presented in the form of stability charts constructed on various parameter planes visualizing the effect of various selected pairs of system parameters on the stability.     

应变式扭矩传感器的设计研究

扭矩传感器应用广泛,对其研究十分必要。针对典型弹性元件理论分析的基础上,提出了5种应变式扭矩传感器的实现形式,并对其应变、变形及扭振固有频率进行了理论研究,分别建立了对应的力学模型。依据所建立的力学模型,以扭转变形最小为目标函数,进行了弹性元件几何尺寸的优化设计,并分析了不同形式的扭矩传感器性能差异。最后,设计了一种应变式扭矩传感器,并对其进行了有限元仿真,仿真结果很好地验证了所建立的力学模型。故所建立的力学模型可以较好地解决应变式扭矩传感器的设计计算问题。     

次同步谐振下机组轴系弯扭振动信号分析

分析了次同步谐振下机电扭振互作用的原因.针对现场难以实现的困难,提出并设计了汽轮发电机组模拟系统的次同步谐振试验,并将HHT应用到次同步谐振下的机组弯扭振动的信号分析.Hilbert谱图定量刻画了次同步谐振下轴系弯扭振动的快速发展过程,直观准确地表现了弯扭信号的本质特征.分析表明,次同步谐振下轴系的弯振和扭振是相互影响、相互作用的,发现扭振有抑制轴系复杂频率振动的能力.当次同步谐振的扭振发生时,扭振含有的丰富频率成分发生了变化,并且弯振的二倍频消失.     

体外凝血动态检测传感器装调检测误差控制方法

针对体外凝血检测传感器装调检测误差而引起传感器精度降低的关键问题,建立一种体外凝血动态检测传感器的装调检测误差控制方法。根据体外凝血检测传感器工作原理及结构特点,对于传感器装调及测量中所出现的关键误差进行了分析,通过理论分析推导了存在装调误差情况下传感器核心元件弹性支撑与机械探针装调误差与控制公式,搭建装调误差分析控制装置,建立消除装调误差前后传感器振幅变化关系,采用有限元数值分析法对传感器检测位置与倾角误差进行分析,并计算存在检测误差情况下传感器的振幅变化关系。利用本方法对体外凝血动态检测传感器装调检测误差进行消除试验,结果表明弹性支撑装调误差、探针装调偏转误差、检测对中误差对传感器振幅影响分别为8.263 Pa、9.56 Pa、11.28 Pa,经计算系统总装调检测误差为16.999 Pa,小于体外凝血检测传感器分辨力要求的21.85 Pa,所以本系统的精度可以保证体外凝血检测的精度,验证建立的体外凝血动态检测传感器的装调检测误差控制方法可以满足传感器误差分析的要求,为完善传感器生产工艺、提高产品质量方面提供技术保障,在提升临床凝血快速检测技术中发挥重要的作用。