裂纹扩展过程中电磁谐振疲劳试验系统动态特性分析*

电磁谐振疲劳裂纹扩展试验系统是一种工作在谐振状态下测试金属材料断裂特性的试验装置,要求在裂纹扩展过程中精确跟踪系统的固有频率和控制试验载荷,为达到这一目的,需要对裂纹扩展过程中系统的动态特性进行精确的分析。据此,建立3自由度有阻尼电磁谐振疲劳试验振动系统的数学模型,采用ANSYS有限元法计算CT紧凑拉伸试件的刚度,研究不同材料试件刚度、系统固有频率,试验载荷幅频曲线、共振振幅在裂纹扩展过程中的变化规律,并进行相关试验,试验结果表明：系统固有频率计算值与试验测量值之间的最大偏差为1.9 Hz;系统动态特性仿真结果与试验结果能够较好地吻合。该研究结果为电磁谐振式疲劳试验载荷的高精度控制提供了理论依据。     

高频疲劳试验机振动系统动力学特性分析

根据振动学共振理论,建立了高频疲劳试验机振动系统的动力学模型。通过对数学模型的求解,得出试验机的固有频率。在此基础上,通过ansys软件对试验机进行了模态分析,得到了各阶工作频率下的振型图。以上理论为工程人员提供了设计依据,可依此对试验机进行优化设计,从而得到更合理的结构尺寸,并为产品的系列化提供有效的参考。     

风机叶片疲劳加载振动频率特性分析与试验

针对风机叶片疲劳加载过程振动特性,建立旋转偏心块驱动的叶片疲劳加载系统动力学模型。基于拉格朗日方程推导出系统的数学模型,利用平均法近似解析系统动力学方程,得出振动过程中电机转矩平衡方程。分析振动频率的变化规律,建立仿真模型,对系统频率捕获过程进行数值仿真,揭示系统的自同步振动特性。风机叶片疲劳加载试验表明:叶片在受迫振动时,叶片振动频率并不总等于驱动频率;驱动频率与叶片固有频率偏差较大时,叶片振动幅值及频率波动明显;频率偏差在较小区间范围(0.47~0.62Hz)时,偏心块驱动系统与叶片容易发生频率捕获,振幅较小并趋于稳定;在负载转矩较大而电机功率不足时,偏心块会发生转速跳变。     

应用有限单元法的机床进给系统轴扭特性分析

基于有限元法建立了考虑轴扭耦合的机床进给系统动力学方程,分析了工作台位置变化对其动态性能的影响.结果 表明:第1、3阶固有频率为丝杠和工作台的轴向振动模态,第2阶为丝杠扭转振动模态.随着工作台位置变化,第1阶固有频率呈现先减后增的变化,最大值出现在丝杠端部,变化率达50.58％;第3阶固有频率为先增后减的变化规律,其中最大值出现在丝杠中部,变化率为10.3％;试验结果与计算结果相吻合;第2阶固有频率受工作台位置变化影响不大,验证试验结果与仿真结果相一致,证明这里的进给系统动力学模型具有较高的精度.     

风电叶片单点疲劳加载过程数值仿真与试验

设计了一套风电叶片单点疲劳加载系统,基于拉格朗日方程建立了振动耦合数学模型,对振动特征规律（叶片振幅、电机电流）分别进行数值仿真。当驱动频率与叶片固有频率偏差较小时,固存的机电耦合现象会导致叶片振幅稳定,若偏差增大,叶片振幅则发生剧烈波动。加载源电流跟随叶片振动产生周期性波动,且转速越大,等负载下的电流相对越大,共振时电流达到最大。建立了一套单点疲劳加载试验系统,对振动过程中的叶片振幅和电流进行测试。试验结果验证了数学模型与仿真模型的准确性,该结论为疲劳加载解耦控制算法的制定提供了理论依据。     

压电驱动共振式高频疲劳试验机构的设计与实验

针对在小振幅、高频受力工况下微小与硬脆材料构件的疲劳检测,提出利用压电振子(PZT、PLZT或PMN)作为高频疲劳试验机构的驱动力源,并利用系统共振方法设计高频疲劳试验机构.首先,介绍压电共振式疲劳试验机构的工作原理,建立了动力学模型,获得了系统的动态特性.然后,设计和制作了样机.最后,利用样机测量了作用在试件上的动载荷.实验结果表明;改变输入交流电压幅值(100～250 V)和板弹簧厚度(1.1～0.6 mm),可施加在试件上的动载荷为24.7～99.2 N.本文制成的样机适用于测试动载荷在为24.7～99.2 N,且在小振幅、高频受力工况下试件的拉伸和弯曲疲劳性能.     

混凝土泵车臂架回转系统动力学分析及预测

针对混凝土泵车臂架回转系统的振动性能,基于多体动力学理论建立包括回转齿轮啮合驱动的臂架刚柔耦合动力学模型,对其动态特性和振动响应进行动力学预测分析。动力学仿真求解和试验测试结果表明,仿真模型与试验样机的固有频率误差为4%左右,阻尼比误差为13%,臂架末端横向振动位移曲线基本吻合,验证了动力学模型和仿真结果的准确性和有效性。通过对典型姿态下臂架回转系统的动力学预测,得到臂架在水平、弓形和L形姿态下的末端横向振动位移的最大幅值分别为1 300 mm、980 mm和244 mm;振动衰减时间分别为50 s、55 s和62 s;横向振动阻尼比分别为0.026 7、0.02和0.01;横向振动固有频率分别为0.224 6 Hz、0.253 9 Hz和0.302 7 Hz;预测分析结果为臂架的减振研究提供理论依据。     

电致驱动微进给平台动态特性分析

在线性化的前提下,对电致驱动微进给平台各个组成部分进行了简化,建立了工作台动力学模型,分析了微位移工作台的动态特性,得出了其传递函数;并通过实验,对所建立的动力学模型及开环控制下平台的实际动态特性进行了验证.理论分析和实验结果的一致性说明理论分析的正确性及可靠性.     

基于刚柔耦合模型的行星传动固有特性分析

采用动态子结构法建立计入内齿圈柔性的行星传动刚柔耦合动力学模型,将内齿圈视为弹性连续体,导出内外约束条件下的运动微分方程,并将其与刚体构件的集中参数方程相结合,构建出系统的运动微分方程。基于所建模型,进行柔性齿圈直齿行星齿轮系的自由振动分析和相关试验验证。理论分析揭示出此类系统的振型可归结为4类:中心构件扭转振动模式、中心构件平移振动模式、行星轮振动模式和内齿圈振动模式,并给出每类振动模式的特征和降阶计算公式。数值仿真表明,内齿圈柔性使系统低阶固有频率降低,且新呈现的内齿圈振动模式对应的固有频率位于整个系统固有频率的中低频段,故在后续行星轮系的动态设计中应计及齿圈柔性的影响。振动试验则表明,内齿圈柔性对系统振动特性存在一定影响,除啮频激励和箱体结构共振外,行星传动中还存在低阶谐振现象;对于中低速工况下且太阳轮浮动的行星传动而言,减小齿圈柔性有利于降低系统振动。     

积油转子系统的仿真

以某型号航空发动机的简化转子系统为研究对象,在明确多体系统动力学基本原理的基础上,采用ADAMS软件平台,建立了积油转子系统的仿真模型,并对其动力学特性进行了仿真研究,获得了积油转子系统的固有频率和振动响应.同时,将仿真获得的响应结果与试验测试结果进行了对照,以验证仿真模型的有效性.结果表明:相对于共振状态下的计算误差,仿真模型在非共振状态下的仿真计算误差更小,两类振动响应的误差最大不超过30%.