弹性支撑梁在移动荷载作用下的响应分析

考虑弹性支撑刚度对弹性支撑梁固有频率及模态的影响,比较前二阶频率受弹性支撑刚度影响的规律及大小.选取二阶模态,利用模态叠加原理,研究弹性支撑梁在移动荷载和移动车辆作用下的动力响应.研究中,一阶模态考虑为简支梁一阶模态与弹性支撑梁的刚体平动相叠加,二阶模态考虑为简支梁二阶模态与弹性支撑梁的刚体转动相叠加.研究结果表明:考...     

某磁浮飞轮转子系统有限元分析

为更好地分析计算磁浮飞轮转子系统的动力学特性,对其进行有限元仿真.基于已有的磁浮轴承控制律,根据相关参数计算出转子系统平衡位置处的线性化位移刚度,建立弹性支撑的磁浮飞轮转子有限元模型,用ANSYS对转子进行模态分析,研究支撑刚度和离心应力对转子系统模态和频率的影响.结果可为磁浮飞轮的信号测试和模态控制提供参考.     

超导发电机转子模态分析

应用ANSYS分别对某超导发电机内转子、外转子和转子整体进行模态分析.考虑内转子中挠性支撑结构,将外转子轴承约束简化为弹性约束.考虑该弹性约束刚度的影响,获得内、外转子的前10阶固有频率和振型图;针对双层转子结构整体,对比分析结构中内、外转子的振动形式,获得转子的固有振动特性.     

悬浮隧道基于弹性边界的力学模型与移动荷载响应分析

悬浮隧道是一种创新型的水中交通结构,这种悬浮于水中的结构在考虑复杂边界条件下的力学建模及交通荷载引起的结构响应值得深入研究.本文将跨度范围内由多段锚索支撑的悬浮隧道视为弹性支撑梁,同时将两端的复杂边界条件考虑为具有不同约束刚度的竖向和转动弹性支撑,流体荷载由Morison方程考虑,建立了悬浮隧道在任意荷载作用下的动力学模型及考虑自振特性的特征方程.研究了跨内支撑刚度与边界约束参数多种组合条件下的频率、模态分布特征,得到了相应的敏感区间.同时,以某型号高铁列车为背景并将其考虑为一列移动集中力,研究了悬浮隧道结构关键位置的荷载响应与弹性支撑刚度之间的关系,结果表明跨内支撑刚度、边界约束刚度均对竖向位移存在显著影响,整体上约束刚度越大,相应的位移越小.     

齿轮箱吊杆节点刚度对轴箱内置式高速列车驱动系统动态特性影响研究

为探明齿轮箱吊杆节点刚度对驱动系统悬挂节点力和驱动系统振动加速度的影响规律,以某型轴箱内置式高速动车为研究对象,基于多体动力学理论,建立了考虑驱动系统和齿轮啮合的车辆系统动力学模型,研究了齿轮箱吊杆节点刚度对齿轮箱吊杆节点力、电机吊点力、齿轮箱车轴铰接力、车辆平稳性和驱动系统振动加速度的影响.研究结果表明：由于1、2位驱动系统的齿轮啮合力方向不同,1位驱动系统悬挂节点的垂向力比2位驱动系统悬挂节点的垂向力大.齿轮箱吊杆节点刚度在1～30 MN/m增大时,1位齿轮箱吊杆节点力增大,1位电机吊点力减小,1位齿轮箱车轴铰接纵向力增大、横向力减小;2位齿轮箱吊杆节点力增大,2位电机吊点垂向力增大,纵向力和横向力减小,2位齿轮箱车轴铰接纵向力减小,横向力增大.齿轮箱吊杆节点刚度在30～100MN/m增大时,各悬挂节点力变化不明显.此外,车体的平稳性指标、电机和齿轮箱的振动加速度受齿轮箱吊杆节点刚度变化的影响较小.     

多级平行轴齿轮传动系统动力学仿真

为分析多级平行轴齿轮传动系统内部难以直接测量的振动信号,建立了4级齿轮传动系统非线性动力学46自由度仿真模型,并基于势能法对时变啮合刚度进行精确求解,采用4阶Runge-Kutta法对集中参数模型进行Matlab编程,进而分析时变啮合刚度对模型响应结果的影响.基于分析结果,探究了引起多级平行轴齿轮传动系统振动的重要原因.同时,通过模型振动时域响应及频谱分析,发现各级传动齿轮之间存在耦合振动现象,能够为实际多级平行轴齿轮传动系统健康监测与故障诊断提供理论支撑与科学指导.     

工程结构多刚度尺度分析与模态理论

当前工程结构设计大多基于成熟的线性振动理论,未综合考虑非线性、多尺度等特性的影响,导致各类工程振动问题频发,减振措施失效.首先,本文以质量弹簧系统为例,对系统刚度比和质量比等关键参数开展分析,指出刚度比对系统模态具有显著影响;再者,简述大跨桥梁动力学研究现状,从系统全局动力学角度,根据非线性动力学分析和有限元分析,提出工程结构多刚度尺度概念,分析并指出多刚度尺度耦合系统的全局模态、局部模态和混合模态基于不同刚度尺度的定义.为建立桥梁全局动力学模型和理论,桥梁非线性动力学研究奠定基础.     

柔性航天器动力学建模及模型降阶研究

针对柔性航天器振动影响飞行器姿态稳定性和精度.为了解决上述问题,提出了多柔体航天器的动力学建模.首先,根据工程实现的假设振型法,采用拟坐标拉格朗日方程,推导出带有刚体模态的二阶系统刚柔耦合动力学模型,其中,为了减少模型计算量,通过坐标变换将刚体模态和柔性模态解耦,利用一种刚体模态解耦的二阶不稳定系统的模型降阶方法,并对航天器多柔体系统动力学方程进行了仿真分析,结果飞行姿态稳定,满足了精度要求,表明了动力学建模与模型降阶法的有效性和正确性.     

基于6维并联机构的空间微振动模拟器动力学分析及测试

为了模拟空间飞行器上反作用飞轮等扰动设施产生的多维微小振动,设计了一种基于Gough-Stewart平台的空间微振动模拟器,并对微振动模拟器的动力学特性进行了研究.首先,利用牛顿-欧拉公式建立了微振动模拟器的动力学模型,该模型考虑了驱动腿和铰链的质量属性及负载质心偏心的情况;结合虚功原理推导出系统的广义刚度、阻尼及质量矩阵,得到求解微振动模拟器的固有频率及主振型的数学解析式.然后利用有限单元法及理论建模法对模拟器进行模态分析,得到微振动模拟器的前6阶固有频率及模态.仿真结果表明由理论模型及有限单元法得到的结果一致性较好.最后测试了该模拟器的刚度及固有频率特性.实验结果表明:理论方法及有限单元法分析得到的结果与测试值之间的误差不超过5%,验证了理论模型的合理性.得到了微振动模拟器的固有频率及振型数据,为后续设计及调试提供了依据.     

风力发电塔架振动特性联合仿真应用研究

风力机塔架是整个风力发电机组的支撑部件,其承载能力决定风力发电机组的安全性与正常运行。针对风力发电塔架振动引起的风力发电机组失稳问题,运用联合仿真技术,在Solidworks中建立塔架三维结构动力学模型。利用有限元分析软件ANSYS对塔架的振动特性及风致响应进行分析,提取模态分析的前五阶非零模态振型,对各阶的位移与振型图进行分析。针对塔架在极端环境下动力响应变化情况,进行脉动风速下塔架应力变化分析。风致响应是衡量塔架正常运行的重要指标,应力变化幅度决定塔架强度是否满足强度要求,以防止塔架结构断裂。分析结果表明,塔架前三阶振型为横向弯曲,无明显位移偏移量;第四阶振型出现横向弯曲和扭转变形,振动位移和应力变化幅度较大;第五阶振型出现扭转。该结果为塔架的振动特性提供了依据,从而避免了风力发电机组失稳现象的发生。     

基于Matlab的风机传动链数据采集与分析系统设计与应用

基于Matlab和NI cDAQ的风机状态监测设备能快速方便地对风机传动链实现准确的故障检测。提出一种先进的风机传动链数据采集和分析系统,该系统中数据采集任务在后台运行,在保证完整准确采集的基础上实现了实时示波和自定义录波,可同步获得风机传动链的振动数据和齿轮箱输出轴转速数据,为故障检测提供有效、完整的数据,可从时间域、频率域、周期域和阶次域自定义分析,识别故障特征,为风机状态监测提供故障信息依据。该系统功能丰富、自定义程度高、系统响应快,可准确检测风机故障。     

耦合加载方式下复合材料叶片的预应力模态分析

针对大型风力机叶片在静止和变速运转工况下,振动模态计算分析方法和转速对频率的影响进行了研究.建立了叶片有限元模型,静力分析时采用耦合加载方式;采用分块Lanczos法分析了叶片的模态,考察了叶片固有频率对预应力效应的敏感程度及稳定性,探讨了转速对叶片频率的影响程度,分析了预应力效应产生的原因.结果表明:叶片主要以挥舞和摆阵振动形式为主;预应力效应对叶片的固有频率产生了较大影响,随转速的不断增大叶片的固有频率也随之增大,且预应力效应对叶片挥舞刚度的影响程度大于摆阵刚度的影响.     

小波分解和最小二乘支持向量机的风机齿轮箱故障诊断

根据齿轮箱故障时振动信号特点,提出了一种基于小波分解和最小二乘支持向量机(LS-SVM)相结合的齿轮箱故障诊断方法。通过对齿轮箱振动信号进行小波分解,得到各分解节点对应频率段的重构信号和节点的能量,并将各节点能量组成的特征向量作为诊断模型的特征向量,输入到LS-SVM多类分类器中进行故障识别。诊断结果表明:该方法能够准确地识别风力发电机组齿轮箱的常见故障。     

A novel fault diagnosis technique for wind turbine gearbox

The gearbox is one of the most important parts of a mechanical equipment. The importance of fault diagnosis in rotating machineries for preventing catastrophic accidents and ensuring adequate maintenance has received considerable attention. In this study, a fault diagnosis method based on gearbox vibration signal monitoring is used to differentiate the signal characteristics of different working conditions and improve the accuracy of diagnosis. The time-domain sequence approximate entropy (ApEn) adaptive strategy is used to propose a wind turbine intelligent fault diagnosis algorithm based on a wavelet packet transform (WPT) filter and a cross-validated particle swarm optimized (CPSO) kernel extreme learning machine (KELM). First, the correlation between the parameter requirements of the intelligent diagnosis system and the system complexity analysis is analyzed. Then, the parameters related to the wavelet filter is determined by calculating the ApEn of the time-domain sequence. Finally, a compact wind turbine gearbox test bench is constructed and tested to validate the proposed ApEn-WPT+CPSO-KELM to identify gearbox-related faults for verification. Results show that the proposed ApEn-WPT+CPSO-KELM method can accurately identify four states of the wind turbine gearbox.     

发动机总成悬置系统解耦方法研究

目前汽车发动机动力总成悬置系统设计的主要任务是选择悬置元件的刚度、位置和角度,使悬置系统自由振动模态频率避开发动机怠速激励力频率与车身自振频率,并尽量提高各模态振型的解耦程度,从而提高悬置系统隔振效果.悬置系统按预定频率严格解耦设计是使设计出的悬置系统模态频率完全等于按汽车设计频率规划预定的频率,并使各模态的振型严格解耦,即各向振动能量的解耦度等于1.本文从悬置系统的自由振动方程出发给出了对悬置系统按预定频率严格解耦设计的方程组,可以利用广义逆矩阵的理论求该方程组的解,亦可通过方程组构造函数进而求出该方程组的解,从而提供比当前的悬置系统模态优化设计更为简便高效的优化设计方法.相应的算例验证了本文提出的按预定频率严格解耦设计方程和求解方法的正确性.     

Distribution recurrence plots and measures: Effective signal analysis tools for fault diagnosis of wind turbine drivetrain system

Extracting sensitive information from vibration signal has become a frequently adopted way in fault diagnosis. However, most previous methods fragmented the relationship between quantification and visualization analysis, which affects the interpretability, accuracy and comprehensiveness of the extracted information. To this end, this paper proposes distribution recurrence plots (DRP) and measures (DRM) to realize the unity of visualization and quantification analysis of the signals. Specifically, DRP is a novel feature graphical representation method following the thought of symbolic dynamics. Derived from DRP, DRM is developed containing four quantifiers for extracting comprehensive fault features that allows a multiclass support vector machine (SVM) to identify the fault types of wind turbine drivetrain system (WTDS). Specially in DRM, pattern entropy is a newly designed quantifier by considering pattern distribution to obtained more accurate quantitative representation of the signals. Using simulated data, DRP and DRM are validated to reveal the intrinsic structural changes for different dynamic systems and robustness to noise. Applications on wind turbine gearbox illustrate that the proposed method has favorable diagnosis performance and stability compared with other competitors. This approach is easy to interpret, is robust to noise, and has a low computational burden, becoming viable for WTDS fault diagnosis.     

基于模态动能法的行星变速箱测点优化

由于某型行星变速箱结构较为复杂,故障检测和状态监测时振动传感器的安装位置往往凭经验确定,为使传感器安装位置更科学、更合理,利用模态动能法对行星变速箱测点进行选择。针对变速箱箱体结构建立了三维模型,利用ANSYS软件进行了有限元仿真分析,得到各阶模态、固有频率和振型,导出低阶振型并利用模态动能法计算箱体表面的模态动能值,初选箱体表面六个测点,从中选取四个模态动能值最大的作为最终测点。设计试验方案,获取了箱体表面六个初选测点的振动信号,计算得到各测点实测信号的均方根、均值三个指标对测点的敏感度进行评价,试验验证了测点选择的科学性,为变速箱状态监测打下基础。     

风力发电机塔筒振动监测系统研究

设计了一套振动监测系统及其信号提取算法.为方便复杂环境下的监测,系统采用无线倾角传感器作为振动采集终端,并通过ZigBee,WIFI无线网络建立监测点与监测点、监测点与服务器之间的通信.根据风电机塔筒的动力学分析得到塔筒振动监测过程中的一些关键值的参考值.根据对振动信号构成的分析,选取小波包滤波算法作为塔筒低频振动信号的提取算法,得到比较好的效果.     

高速列车车体结构振动特性分析

为验证某高速列车车下吊挂系统模态与车体模态的匹配关系,以及不同轮轨载荷下振动热点区域的幅频响应特性,用HyperMesh建立车体有限元模型,利用Radioss对模型进行模态、频率响应和谐响应分析,得到整车模态参数和车体各测点的响应变化曲线.结果表明,吊挂设备采用弹性悬挂可大幅增加整备状态下垂向弯曲频率;该车空调平顶处局部刚度大幅下降,吊挂设备的垂向激励频率应该避开24 Hz及其倍频;吊挂设备不宜直接吊挂在地板上.