切削液扰动对BTA深孔加工系统横向振动频率的影响

为探究切削液扰动下BTA深孔镗削系统横向振动频率的影响,通过建立BTA深孔镗杆系统计及内、外切削液流固耦合及其自由液面效应的横向振动模型,解析系统不同情况下的横向振动的一、二阶频率表达式,并以不同情况下,深孔镗杆内、外切削液的横截面面积及其对深孔镗杆的附加质量来表征对应的自由液面变化,通过计算,明确了BTA深孔镗杆的横向振动频率对切削液流速、轴向力的敏感性及其运动转换趋势。BTA深孔镗杆横向振动频率对轴向力的敏感性规律为:在共振脊区域,在内、外切削液都无自由液面时最大;内、外切削液都有自由液面时最小;在共振翅区域,只内切削液有自由液面时最大,内、外切削液都无自由液面时最小。BTA深孔镗杆横向振动频率对切削液流速的敏感性规律为:在共振脊区域,只内切削液有自由液面时最大,内、外切削液都无自由液面时最小;在共振翅区域,内、外切削液都无自由液面时最大,只内切削液有自由液面时最小。系统在切削液流速、轴向力达到临界等效值时,发生弯曲或屈曲;在静力失稳后,系统将会在更高的切削液流速值以混阶模态形式发生耦合颤振等复杂运动。该研究结果可为BTA深孔镗削加工的生产实践提供一定理论指导。     

识别动力减振镗杆主系统等效参数的数学计算方法

采用动力减振镗杆是解决深孔加工颤振的有效技术途径,为设计减振镗杆内部吸振器的最优参数,需要识别镗杆主系统在吸振器安装位置的等效质量和等效刚度。针对采用实验和仿真的传统等效参数识别方法效率不高的问题,提出一种新的简单高效的数学计算方法:基于欧拉—伯努利梁理论和分段连续条件,将镗杆视为非等截面梁,建立主系统模态的数学模型,求解出固有频率和固有振型函数;再根据最大动能不变原则,推导出了主系统等效质量的求解公式;求解出镗杆主系统所有等效参数。数值仿真结果表明,新的数学计算方法可简便高效地计算出动力减振镗杆的主系统参数,从而提高动力减振镗杆的设计效率,同时也适用于其他不等截面梁等效动力学参数的求解。     

轴向运动压电纳米板的非局部热-力-电耦合振动

基于非局部理论结合基尔霍夫压电薄板模型,研究了轴向运动压电纳米板的热-力-电耦合振动响应。考虑压电纳米板受到双向轴力、外部电压和温度变化等作用并做轴向运动,应用哈密顿原理推导了系统的控制方程组,利用伽辽金法数值求解轴向运动压电纳米板横向振动固有频率,进一步讨论小尺度参数、轴力、外部电压以及温度变化等因素对固有频率及亚临界区域的影响。结果表明:双轴压力、外部正电压、温度升高以及小尺度参数的存在使得压电纳米板的等效刚度降低,从而导致固有频率和亚临界区域的减小,而双轴拉力、外部负电压、温度降低则引起纳米结构等效刚度提高。     

旋转镗杆切削颤振稳定性预测

研究考虑主轴旋转和内、外阻的镗杆颤振稳定性。将镗杆简化为二自由度模型,引入旋转陀螺和离心力以及内、外阻,结合再生时滞镗削力模型,建立旋转镗杆的颤振的动力学分析模型。采用频域法导出旋转镗杆切削系统的稳定性极限的求解公式。与时域数值积分结果的一致性验证了镗削稳定性叶瓣图计算结果的正确性。结果表明,旋转陀螺效应降低了镗削过程的临界切削深度。内、外阻之和越大,切削临界切削深度越大,在内、外阻之和给定时,内阻越大切削过程越稳定。同时提高镗杆的刚度和系统切削刚度将会分别导致临界切削深度的增加和减小。     

水轮发电机组横向振动的敏感性分析

用有限元法建立了水轮发电机组轴系横向振动力学模型,采用移位迭代法计算了系统横向回转振动的临界转速.通过改变系统各参量,对机组临界转速和动力反应进行了敏感性分析,其主要目的是当动力复核无法满足设计要求而必须进行结构动力修改时,根据系统各参量(如大轴尺寸、轴承间距、轴承支撑刚度及其他有关动力学参数等)对临界转速的影响程度,为结构抗振设计提供有效的途径.     

多轴齿式离心压缩机转子系统耦合振动特性分析

以某五平行轴齿式离心压缩机为研究对象,建立多平行轴齿轮耦合转子系统有限元模型。采用数值方法,在考虑齿轮耦合与不考虑齿轮耦合两种情况下分别对系统运动方程进行求解,得到系统横向及轴向振动的固有频率和振型,在考虑陀螺力矩的情况下计算系统临界转速值并绘制Campbell图,进而详细分析齿轮啮合作用对多平行轴转子系统动力学特性的影响。研究表明齿轮的耦合作用会使系统派生出新的固有频率及耦合振型,整体系统表现为原有单轴的固有特性与耦合特性两种模式,系统出现新的临界转速值,同时分别指出齿轮耦合作用对系统横向振动和轴向振动的不同影响以及派生频率的来源。     

计及二阶效应的梁杆系统动力响应分析方法研究

基于动力刚度法和有限元理论提出了一种考虑二阶效应计算梁杆动力响应的新方法。通过求解轴向力作用下Bernoulli-Euler 梁横向和轴向挠度自由振动微分方程,利用位移边界条件反解出待定系数,得到了动态精确形函数;使用经典有限元方法推导了考虑截面自身旋转惯量的质量阵和考虑二阶效应的刚度阵,该质量阵和刚度阵各元素均为轴力和圆频率的超越函数;建立了杆系结构瞬态动力学分析的动力平衡方程,给出了稳定和高效的求解方案。对几个典型的算例进行了计算分析,并与通用软件ANSYS 的计算结果进行了比较。计算结果表明:该分析梁杆系统动力响应的新方法具有较高的计算精度和效率,特别是能够准确地计入轴力对于梁杆动力响应的影响。     

Bernoulli-Euler梁横向振动固有频率的轴力影响系数

给出了考虑轴力对于Bernoulli-Euler梁横向振动固有频率影响系数的高精度表达式。与动力刚度法推导等截面梁自由振动分析的动态刚度阵不同,首先获得承受常轴力的Bernoulli-Euler梁横向自由振动微分方程的通解,并通过位移边界条件消去待定常数,得到精确形函数;使用有限元方法,建立了使用精确形函数表达等截面Bernoulli-Euler梁动态刚度阵的微分格式,该微分格式精确刚度阵与动力刚度法得到的刚度阵完全一致。仿照Timoshenko对压弯梁静态挠度表达中取用轴力影响因子的方法,提出了Bernoulli-Euler梁横向振动固有频率的轴力影响系数表达式,结合Wittrick-Williams算法和动态刚度阵证明了当轴力在±0.5倍第1阶欧拉临界力之间变化时,轴力影响系数表达式最大误差不超过2%,且随固有频率阶次的提高,误差越来越小。     

转子/密封系统失稳振动抑制的动力吸振方法研究

针对密封中流体引起转子/密封系统振动失稳的问题。提出采用动力吸振器(DVA)实现转子/密封系统失稳振动抑制。建立转子/密封-DVA系统非线性微分方程,采用数值方法求解并获得附加DVA前后转子/密封系统的非线性特性;根据Hurwitz判据获得系统的临界稳定条件;通过遗传算法优化DVA参数,获得附加优化DVA前后转子/密封系统稳定性。结果表明:附加DVA能够改变转子/密封系统失稳振动频率和失稳阈值;在一定的转速范围内失稳振动被完全抑制;在不完全抑制的转速范围内,附加DVA能降低失稳振动的振幅。     

花键联轴器对转子-轴承系统稳定性影响研究

推导了松配合矩形花键联轴器考虑脱开临界状况的啮合力模型,基于有限元法建立了考虑圆柱瓦滑动轴承非线性油膜力和花键联轴器啮合力作用的转子-联轴器-轴承系统动力学模型,并用数值积分研究了联轴器啮合力对转子-轴承系统稳定性的影响规律.研究结果表明:花键联轴器的横向刚度对其连接的转子-轴承系统发生油膜振荡的失稳转速影响较小,而转角刚度影响较大;对于松配合花键联轴器,如果不考虑其转角刚度,用线性化的啮合刚度模化联轴器得到的转子-轴承系统的失稳转速要高于用力模化的系统的失稳转速;因此,工程用线性刚度代替啮合力模化联轴器将掩盖系统真实的失稳转速,这种简化对转子系统运行来说是不安全的.研究结果为获得转子-花键联轴器-轴承系统真实的失稳转速提供理论依据,研究思路对其他类型联轴器动力学建模具有借鉴意义.     

两端一般支承裂纹管道的动力学特性

研究了两端一般支承输流管道在含有圆周非贯穿裂纹时的动力学特性。在梁模型横向弯曲振动模态函数中加入3次多项式构造出含裂纹梁的模态函数,根据特征方程具体分析了弹性支承刚度、平均流速、裂纹圆周角、裂纹位置等对系统的固有频率特性和失稳临界流速的影响。数值计算结果表明,由于裂纹的存在,管道的固有频率和静态失稳和动态失稳临界流速将发生复杂的变化。     

减振镗杆系统非线性动态特性与吸振能量研究

内置式减振镗杆系统的振动与噪声一直是国内外研究的热点问题。为研究减振镗杆系统非线性振动与内部减振块吸振能量变化特性,引入考虑镗杆内部阻尼液和橡胶圈耦合作用的非线性阻尼和时变刚度,建立两自由度减振镗杆系统非线性动力学模型;基于减振块与镗杆杆体之间的相对运动分析,构建减振块吸振能量模型。研究减振块质量和外激励频率对系统动力学响应以及减振块最大吸振能量的影响特性,探讨非线性振动特征如分岔、准周期运动和混沌等与吸振能量变化之间的内在规律。考虑减振块质量与外激励频率关联作用或匹配关系的影响,分析参数平面上系统非线性动力学行为和减振块最大吸振能量的分布特性,研究结果可为减振镗杆系统结构优化设计和动态性能改善提供科学依据。     

热冲击作用下轴向运动梁的振动特性研究

研究了两端简支不可移、轴向运动梁在热冲击作用下的横向振动特性,根据Timoshenko梁理论和Hamilton原理建立了梁的横向振动控制方程,采用微分求积法求解了梁的横向振动问题,分析了热冲击和轴向运动效应对梁固有特性的影响。研究发现:热冲击引起的梁的等效热轴力、热弯矩和弹性模量变化三因素中,热轴力对梁固有频率的影响起主导作用,材料的弹性模量变化和热弯矩起次要作用;当热冲击载荷大于或等于梁的临界压力时,达到梁的第一阶失稳模态;热冲击和轴向运动效应都会降低梁的固有频率,它们的联合作用会导致模态之间的耦合现象,使梁更易达到失稳状态。     

基于微分求积法的轴向运动板横向振动分析

研究受面内载荷轴向运动薄板横向振动的运动微分方程,采用微分求积法计算四边简支轴向运动薄板的固有频率和临界速度。分析轴向运动速度、板材料刚度及长宽比对板横向振动固有频率及临界速度的影响。结果发现,随着轴向速度增大,各阶固有频率减小;随着刚度的增大,各阶固有频率增大;当长宽比较小时,轴向运动板可以用梁模型分析。     

移动的隧道轴向激励作用下两相多孔介质动力反应

为了研究移动的隧道轴向激励作用下饱和土体的动力响应,建立了隧道-饱和土体的动力分析模型;利用波函数展开法、镜像原理等,推导了频域内隧道轴向激励作用下饱和土体动力响应的解析解,并给出了饱和土体临界速度的经验公式;通过快速傅里叶逆变换得到了时-空域内饱和土体的动力响应。结果表明:轴向激励作用下,饱和土体临界速度只与土体的剪切模量和密度有关,且数值接近土体剪切波速的1.1倍;速度小于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而减小,轴向位移随着隧道埋深的增大有小幅度减小,当隧道埋深超过半径的10倍时,轴向位移趋于稳定;速度大于临界速度时,各响应数值随着剪切模量以及孔隙率的增大而增大;角度对径向位移、轴向位移影响很小,对环向位移的影响较大。     

大跨度双层曲线斜拉桥人致振动试验研究

自英国伦敦千禧桥因大幅横向振动问题导致开通三日不得不关闭事件以来,人行桥的振动问题(尤其是大幅横向振动)受到了学术界与工程界的普遍关注。以一座主跨200m的人车分离双层桥面曲线斜拉桥为背景,采用理论分析和现场试验手段对大桥的横向与竖向人致振动响应进行了理论分析与现场实测研究。人群行走动力试验表明,大桥在0.125人/m~2的人群密度下发生了大幅横向振动,0.2m/s~2可以作为引发横向动力失稳临界横向加速度值;桥面实测竖向动力响应远小于相同人群下的理论分析值。依据伦敦千禧桥试验数据建立的Dallard公式能够较好地预测横向动力失稳临界人数;简化单模态共振分析方法会显著高估竖向加速度响应,尤其是对于模态频率偏离步行力卓越频率的情况。     

采用社会力模型估计人行桥结构侧向振动临界人数

大跨度柔性人行桥结构在行人作用下的侧向振动问题引起国内外广泛关注。结合社会力模型,分析了侧向运动结构上人的运动特点,给出了结构运动诱发的附加侧向人行作用;进一步结合结构振动方程,建立了人-结构动力相互作用微分方程,给出了结构发生侧向动力失稳时临界人数的计算方法,结合典型人行桥结构,分析计算了结构发生侧向动力失稳时的临界人数,结果表明分析结果与实测结果有较好的一致性;结合社会力模型中张弛时间的特点及已有实测资料,给出了临界人数计算的修正公式,解释了到目前为止没有观测到横向基频超过1.2Hz的结构发生侧向动力失稳的原因。     

含电磁轴承的推进轴系横向振动特性研究

推进轴系振动通过轴承基座激发壳体结构,从而引起结构辐射噪声。针对推进轴系横向振动控制问题,提出采用电磁轴承抑制支承振动传递的方法。建立了包含电磁轴承的轴系动力学模型以及相应的轴系横向振动计算方法,分析了电磁轴承等效刚度对轴系振动特征和振动传递的影响规律,从理论上说明了电磁轴承用于刚度控制的可行性。仿真结果表明,轴系横向振动频率随电磁轴承刚度变化而变化,通过改变含电磁轴承的支承等效刚度,可调节轴系在不同转速下运行时的力传递特性,减小螺旋桨振动通过轴系向壳体传递。     

高速永磁电机机组轴系临界转速及振动模态

对于高速电机机组而言,在设计阶段准确预测转子动态特性,尽量减小发生故障的可能性是至关重要的。该文用有限元分析及实验方法计算由柔性联轴器耦合的多跨转子轴系临界转速及振动模态,用有限元软件的弹簧单元模拟弹性联轴器的轴向、径向及扭转刚度,分析联轴器刚度、结构参数对轴系临界转速的影响。研究表明:轴系临界转速及振动模态不同于单转子,可以通过改变膜片的刚度、结构参数等来调整系统某些阶次的临界转速,使转子具有良好的动态特性。     

橡胶支座与柱串联体系的动力特性分析

针对工程界比较关注的橡胶隔震支座与柱串联的隔震体系,研究了串联隔震体系横向振动的固有频率,探讨了轴向压力和不同隔震支座等效弯曲刚度对串联隔震系统固有频率的影响。考虑横截面转动和剪切变形以及轴向压力的影响,建立了串联隔震系统横向自由振动的数学模型;采用微分求积单元法（DQEM）对所得控制方程和边界条件进行离散处理,避免了繁琐的偏微分方程求解;数值求解固支—自由边界条件下串联隔震体系的横向固有频率,并得到该系统横向固有频率参数随压力变化的曲线。数值结果表明：轴向力的增加将显著降低串联隔震系统的低阶固有频率;在总高度一定的情况下,隔震支座尺寸的增大对串联隔震体系的力学特性也有显著的影响。