基于Ansys Workbench对卸料装置的动态性能分析与优化

目的研究振动电机的激励对卸料装置在满载工况下卸料时产生的影响,并对卸料装置振动特性进行优化。方法采用Solid Works对卸料装置建模,运用Ansys Workbench软件分析其前8阶固有频率和模态振型,找到其结构薄弱区,对比分析外部激振频率与卸料装置固有频率是否共振,以卸料装置薄弱区为参考,来优化振动电机的安装位置。结果由模态分析得,卸料装置第7阶固有频率在共振区内,可能会导致卸料装置共振;结合谐响应分析确定了卸料装置第1,4,5阶固有频率附近的振幅位移最大,同时得出振动电机在E,F,G处安装位置下,卸料装置响应构件的最大振幅位移分别为1.8,1.86,1.9 mm。结论通过综合分析得出,在卸料装置上施加外界激振频率时应避开16 Hz和33 Hz,同时可知振动源安装在F处最优,为卸料装置在实际设计和制造过程中提供必要的依据。     

基于解析模态分解的时变与弱非线性结构密集模态参数识别

对于时变与非线性的结构系统,由于结构模态响应信号的瞬时频率并不等同于结构本身的瞬时频率,因此推导了单自由度与多自由度体系在自由振动和受迫振动下模态响应信号的瞬时频率与结构本身瞬时频率的关系,理论结果表明,对于时变的线性结构和弱非线性结构,模态响应的瞬时频率缓慢变化的部分与结构系统的瞬时频率近似相等。通过对一杜芬系统的数值模拟和对一调整索力变化而使其频率变化的斜拉索自由振动实验,验证了理论结果的正确性。对于具有密集模态的时变与非线性的多自由度体系,提出了把解析模式分解方法扩展到时变与非线性结构的模态分解。该方法通过小波变换选取二分时变截止频率,对结构的时变模态响应进行分离,从而实现多自由度结构时变参数识别。最后,对一具有密集模态的两层框架时变系统受白噪声激励和地震激励进行数值模拟,结果表明,提出的方法能有效的分解时变系统的密集模态响应并能较好的识别出结构系统的瞬时频率。     

自然风与气动力作用下高速铁路路基段折臂式声屏障动力响应分析

为研究在自然风与风致脉动力联合作用下折臂式声屏障的动力响应，采用模态分析及瞬态动力学分析结合的方法进行分析。结果表明，对于声屏障位移最大节点处，水平位移减小的同时垂向位移则随着折臂角度的增加而增加；声屏障激振力引起其振动的主要频率在0-2.5Hz，声屏障的一阶固有频率均大于5.6Hz，不会产生共振的危险而其整体形变与其一阶振型相似。     

外激励作用下输流管道伴随内共振的非线性振动分析

利用多元L-P法研究外部周期激励下两端固定输流管道伴随内共振的非线性受迫振动问题。外激励流固耦合系统固有频率第二阶约为第一阶3倍且激励频率接近前两阶固有频率中间值时会发生伴随强烈内部共振的组合共振,并用多元L-P法求解振动响应,分析前两模态运动及外激励幅值对内共振的影响。数值算例揭示出系统因内共振发生的更丰富、复杂的动力学行为,随激励幅值增大内共振发生趋势降低,响应形式亦发生变化。用多元L-P法研究非线性动力学便捷、高效。     

模态截断对悬索非线性耦合共振响应影响EI北大核心CSCD

对于各类动力系统共振响应,可以采用直接法和离散法得到其微分方程的近似解,而解的误差取决于两方面:模态离散和摄动分析。其中离散法采用有限模态来描述连续系统的动力学行为,如果忽略高阶模态振型和频率,定会带来一定误差,甚至无法反映真实的非线性动力学现象。因此无论是工程实践还是理论分析,离散法中模态截断带来的误差和收敛性备受关注。以水平悬索两正对称模态之间发生耦合共振为例,探究两种模态截断对该系统共振响应影响。首先利用Galerkin法得到离散后的面内运动微分方程,然后采用多尺度法求得系统发生耦合共振时的调制方程。通过对比激励响应幅值曲线、幅频响应曲线、时程曲线、相位图、频率谱、庞加莱截面和李雅普诺夫指数等,定量和定性地展示两阶和九阶模态截断导致的系统动力学行为差异。研究结果表明:非直接激励模态和非内共振模态对系统内共振响应存在影响,根源在于平方非线性的共振项;对于外激励直接作用于低阶和高阶模态的情况,由于模态截断导致的振动特性差异程度,前者要明显高于后者;在大幅共振区域,模态截断对系统响应幅值影响较为明显;分岔现象与模态截断阶数关系密切,倘若仅考虑两阶模态,结果可能会遗漏鞍结点分岔或出现额外的霍普夫分岔,从而导致跳跃现象和动态周期解发生明显改变;不同阶模态截断可能导致动力系统吸引子类型截然不同。     

饲草揉碎机转子模态分析及结构优化

针对目前饲草揉碎机转子工作时存在振动、噪声大的问题,为避免发生共振,采用理论分析和有限元仿真方法对转子自由模态进行计算,并通过模态试验对理论分析和数值计算结果进行验证。在此基础上,采用流固耦合方法对转子进行预应力模态分析。对转子进行共振分析发现激振频率与转子低阶频率较接近,极易发生共振,为增大激振频率和转子低阶频率避开率,基于响应面法对影响转子振动特性的结构参数进行优化。分析结果表明:预应力对转子的前3阶模态影响较大,频率分别提高了14.01%、12.01%以及10.54%;锤架板厚度对转子第1阶频率影响较大,主轴直径次之,锤架板直径影响最小;优化后频率避开率由原来的5.03%增大为20.83%,避免了共振的发生,且转子强度和刚度均满足使用要求。     

基于有限元法的车身振动与噪声特性研究

针对某客车车型,介绍车身结构振动与噪声特性研究的有限元法,即模态分析和频率响应分析方法的具体实施过程。采用MSC-Nastran 2010软件,选用壳单元类型,按前后各一个吊耳的实际结构定义边界条件。模态分析的结果提示车身结构前10阶固有频率应避开发动机经常工作的频率,并可以判断有无局部模态产生及其发生的位置,确定位置后应予以刚度优化,以避免影响其车身NVH特性。通过有限元法的频率响应分析可获得在任何一个稳态激励下车身结构任意一点的位移、速度、加速度响应,判断是否存在局部共振现象,能够较早地预测结构动态设计不足的问题,以改善车身结构NVH特性。     

电梯系统共振失效的灵敏度研究

以曳引式电梯为研究对象,考虑电梯曳引绳刚度具有时变特性,对电梯系统建立了8自由度耦合振动的动力学模型。在对系统进行模态分析的基础之上,以影响系统模态频率的动力参数作为随机变量,结合DOE试验方法与神经网络技术,得出系统随机变量与系统模态响应之间的显性函数关系式。依据动态结构系统的固有频率与激振频率差的的关系准则,定义了系统共振的失效模式,并对系统的随机变量进行了可靠性灵敏度分析。研究表明,绳头侧刚度和曳引机支撑刚度对频率共振影响最为明显,因此,在电梯系统设计中可以通过修改该动力参数达到有效降低共振的风险。同时,在实际工作中应该严格关注和监视该动力参数的变化,避免发生共振。     

扫描频率激振下可控震源振动器模态分析

准确掌握扫频频率激振下可控震源振动器的模态特性,可为可控震源的激发信号质量改善提供依据。根据弹性半空间理论,建立并验证振动器-大地耦合振动模型,分析结构的模态,掌握结构的固有频率和振型。研究表明,在扫描频率下,仅存在两次共振。1阶共振时的振型是重锤和平板同向共振,结构的响应以重锤为主;2阶共振时的振型是重锤与平板反向共振,平板的响应占据主导地位。在勘探时应尽量避免扫描频率与固有频率重叠,防止振动器共振,从而有效降低共振导致的源致干扰。     

预应力作用下的薄壁二极铁真空室模态分析

真空室受到外界激励时会产生振动,当外界激励频率接近真空室的固有频率时就会产生共振。真空室作为束流运行的场所,如果发生共振不但会影响真空系统的气密性还可能会引起结构的损伤破坏。本文结合薄壁二极铁真空室的实际使用工况,采用有限元软件分析了二极铁真空室的自由振动模态及预应力作用下的模态,得出了在自由振动情况下结构的前6阶模态固有频率基本为0,属于刚体模态,在预应力作用下结构前6阶模态固有频率在400-720 Hz范围内,并且第1和第2阶模态为整体模态,其模态特征主要集中在结构中间的薄壁和加强筋上,第3-6阶模态为局部模态,其模态特征主要集中在结构侧面的加强筋上。     

基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构

提出一种基于模态综合法和模态叠加法的密集模态结构响应重构方法,通过两次坐标变换将全结构缩聚为自由度更少的超单元模型,将超单元模型的模态分为密集模态和剩余模态。通过经验模态分解法分离出已知响应中单阶的剩余模态响应,进而重构出待测位置的剩余模态响应,待测位置的密集模态响应可由模态振型和剩余模态计算得到,通过模态叠加法实现在密集模态下的时域响应重构。进行了数值模拟研究,将待测位置响应的理论值与重构值进行比较以验证该方法的精度和效率,此外还详细研究了主模态数量、子结构划分方式、测量噪声和阻尼对重构结果的影响。结果表明：该文方法通过模型缩聚大大减少了重构的数据量,并且改善了传统EMD方法不能分离频率间隔较小的模态而无法实现响应重构这一不足,无论密集模态存在与否都可适用于结构的应力、应变、位移、加速度等多种动力响应的重构。     

主共振与内共振下纵横耦合轴系动力学分析

考虑Von Karman非线性位移-应变关系,利用Hamilton原理建立了轴系纵横耦合下的动力学模型。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,采用多尺度法求解了离散方程。研究了纵向主共振并伴随内共振(由纵向第一阶固有频率近似等于横向第一阶正进动与反进动频率之和而产生)联合激励时轴系的动力学响应。研究表明随着系统参数以及激励载荷的不同,轴系出现不同的动力学特性。当激励载荷小于一临界值时,纵向激励力只能激起纵向振动,系统响应与线性系统一样;当载荷超过临界值时,纵向激励力同时激起了轴系的横向正进动与反进动频率,此时纵向振动出现能量饱和现象,能量从纵向渗透到横向。能量在正反进动模态间的分配与其正反进动频率成反比,从而使反进动幅值大于正进动幅值。同时响应中也出现跳跃现象。数值分析结果与摄动分析结果一致。     

基于流固耦合的卡车油箱振动特性研究

卡车油箱在使用过程中,存在因振动产生本体及焊缝开裂的问题。针对某400 L卡车柴油油箱,基于流固耦合理论,运用ANSYS软件分析油箱的振动特性。锤击法模态试验和仿真模态分析结果,仿真与试验测得的结构模态参数数据误差最大为13%,仿真的准确性得到验证。油箱结构自由状态下计算得到的前6阶固有频率略大于油箱安装状态下的固有频率,油箱固有频率会随着液体含量的增加而降低。油箱的固有频率在液体量从0到100 L以及300到400 L这两阶段变化明显。油箱充液比低于1/2时,油箱结构的各阶固有频率均高于危险区域的频率,不会产生共振。充液量大于3/4时固有频率接近于30 Hz的标准规定值,存在共振风险。油箱设计时,应优化油箱的结构,使其在充满液量时也能避开30 Hz标准值,更为安全。     

转页扇结构振动优化设计与分析

机架结构共振是造成转页扇振动大、产生异音的主要原因，本研究通过测试分析某款转页扇的振动，应用ANSYS Workbench软件对其进行模态仿真与谐响应仿真分析，对机架结构进行优化设计，提高了支撑筋扭转固有频率，有效避开了电机100Hz频率振动激励，明显改善了转页扇的振动。本论文研究对同类家电产品的振动分析与正向设计有一定的参考价值。     

某轿车排气系统振动分析

联合有限元软件与AVL-Excite软件,对某轿车排气系统进行模态与强迫振动分析。首先利用有限元软件对排气系统做自由模态分析,初步分析其吊耳点布置合理与否。然后利用有限元软件对排气系统进行自由度缩减,提取其质量矩阵、刚度矩阵、主节点自由度信息及模态信息,整合到内燃机-排气系统多体动力学模型中,对排气系统进行受迫振动分析,充分考虑其弹性变形与模态共振对振动响应的影响。得出排气系统任一点上的振动响应及排气管路长度上的振动传递率,考察其振动耦合特性;为排气系统的空间走向和结构设计提供强有力的依据。     

三桩基础海上风机整体结构的共振分析

该文对三桩基础的海上风力发电整体结构进行了共振分析。通过有限元软件ANSYS,建立了海上风机整体结构的有限元模型,进行了模态分析,得到了前十阶的自振频率和固有振型。然后分析了引起结构振动的主要振源,计算了这些振源的振动频率,将其与海上风机整体结构的自振频率进行了共振分析。结果表明各种主要振源不会引起海上风机整体结构的共振。     

大功率船用齿轮箱试验模态分析*

由于大功率船用齿轮箱的特殊使用工况,其性能要求远远高于其他齿轮箱。论文对某大功率船用齿轮箱结构和传动原理进行分析,根据试验模态分析的基本原理和方法,利用最小二乘法对频响函数进行优化,并利用单模态识别法对大功率船用齿轮箱进行模态参数识别,得出系统的前20阶固有频率和阻尼,结果表明该船用齿轮箱系统的转频、啮合频率远离固有频率,系统不存在共振现象。但考虑齿轮箱实际工作的复杂性,在系统转速变化达到临界转速时存在较为剧烈的共振现象。试验结果可为进一步系统研究动态特性提供分析依据。     

基于二维频域光学振动相干层析的悬臂梁模态频率质量称量方法

该研究提出了基于二维频域光学振动层析(2D-FOCVT)获得悬臂梁模态频率从而实现对质量的高精度检测。在带集中质量悬臂梁固有频率计算理论和方法的基础上,对不同质量(系数)下悬臂梁前三阶频率(系数)与集中质量(系数)关系做了分析,比较了前三阶频率对集中质量变化的敏感性。利用自研发的2D-FOCVT系统实验测试了悬臂梁结构在附加集中质量下的一阶频率,对悬臂梁集中质量—一阶频率关系做了拟合,由此提出了应用一阶频率对质量变化的敏感性实现质量的检测方法。实验结果表明,自搭建的2D-FOCVT能提供纳米量级的振动位移精度,同时创新性地将2D-FOCVT结合模态分析进行附加质量块的质量称量,拓展了2D-FOCVT的应用。     

参数振动系统频响特性研究

采用矩阵谱分解中常用的Sylvester理论和Fourier级数展开法,推导了单自由度参数振动系统的频响函数,并得到了系统外激励共振条件。在此基础上,以直齿轮副参数振动系统为例仿真了系统的频响特性,并讨论了系统参数稳定性、时变参数以及阻尼的影响。结果表明,参数振动系统的频响特性主要有以下一些特点:(1)系统具有多个频响函数,分别对应于多频响应中的各个频率成分;(2)系统存在多个外激励共振区。除了外激励频率等于系统固有频率的共振区外,当激励频率等于系统固有频率与参数激励频率的组合值时,同样存在共振现象;(3)参数振动系统共振响应时,主导频率成分为系统固有频率;(4)阻尼使得频响函数峰值有明显下降,而对非共振区的频响曲线影响不大。     

含弹性连接和层间流体的双梁结构的耦合振动分析

基于模态分析理论研究了内部有弹性连接和层间流体的双梁结构的耦合振动。按梁的对称和反对称模态分别讨论系统的耦合振动,其中对称模态和反对称模态分别采用余弦级数和正弦级数展开,并根据线性叠加原理获得耦合系统的频域响应。给出了结构受单点激励时的频响函数、固有频率、梁的模态振型以及共振状态下流体中的压力分布,并与有限元分析结果相比较,结果显示两者相当吻合。在此基础上,讨论了弹簧刚度和梁间距对耦合系统振动特性的影响。