基于边界元理论的鼓风机组管路振动噪声控制研究

针对鼓风机组管路振动噪声问题,应用结构声辐射理论和结构振动测量数据分析振动声辐射强度。以实测振动信号为依据,根据对低频段计算精度较好的边界元理论,应用有限元软件和Sysnoise声学仿真软件建立了实际声场的边界元流体模型和有限元结构模型的耦合模型,得到了模拟声场的仿真结果,并与实测结果进行比较,确定了主要噪声能量来源于管路振动造成的结构振动。通过分析振动的来源以及振动传递的路径和传递特性,确定了隔振降噪的方法。依据理论分析结果,对实际现场采取了有效的隔振降噪方法,隔振后降噪效果明显。     

柔性基础非线性隔振系统动力学特性分析

建立了隔振对象-非线性隔振支承-柔性基础组成的耦合系统的一般性动力学模型,研究了应用振动功率流对非线性隔振系统进行效果分析的计算方法,给出了动力学方程初值问题表达式;并且基于Runge-Kutta法以某小型无人机的发动机隔振系统为算例,对几种非线性隔振器的隔振效果进行了数值仿真和分析。研究表明并联刚度隔振器和分段线性隔振器可有效减少隔振系统功率流的传递。     

基于多自由度控制的线谱振动传递路径控制方法研究

动力设备线谱振动经基座传递至船体结构,引起的低频声辐射是船舶水下噪声的主要来源之一。针对单向集中力控制通常难以抑制动力设备振动向弹性基础传递且辐射噪声衰减效果有限的问题,提出基于路径控制体多自由度振动控制的振动传递路径控制方法,切断路径功率流传递。根据广义变分原理建立动力设备-可控隔振单元-壳体系统的耦合动力学模型,通过振动功率流分析揭示振动能量多自由度传递机理,明确基于多自由度控制的路径可控性。在此基础上,构建局部多通道耦合控制与全局分散控制相结合的控制策略,通过数值计算与实验验证基于多自由度控制的振动传递路径控制效果。结果显示,相比于单向集中力控制,基于多自由度控制的方法可有效阻止功率流传递,实现更加显著的壳体振动衰减。     

内燃动力总成双层隔振系统弹性模态匹配方法

为了评价机组和构架弹性振动模态间的耦合程度并指导其弹性模态匹配设计,提出了基于广义弹性力做功的柔性结构能量解耦法。首先,基于某内燃动车动力总成双层隔振系统,建立多自由度动力学模型来描述考虑弹性模态后的双层隔振系统动力学特征;其次,利用柔性能量解耦法量化机组和构架弹性模态间的振动耦合程度,获得不同弹性频率下的耦合频带宽度曲线。研究表明：弹性模态间耦合的本质是振型间的反相振动能够减小模态等效质量,同相振动增加模态等效质量,从而改变系统固有特性;基于弹性振动耦合频带曲线图,根据隔振系统设计需求,确定机组和构架弹性模态频率间避免耦合的频带宽度,完成机组和构架的弹性模态匹配。通过振动性能测试,验证了该方法能够有效控制机组和构架间弹性振动耦合,且隔振性能良好。该方法能够为同类问题提供理论支持,并为同类机型的弹性模态匹配提供参考。     

橡胶钢丝绳复合隔振器的试验

使用电动振动试验台对新型橡胶钢丝绳复合隔振器的隔振性能进行了试验研究.分析不同隔振质量、激励幅值和橡胶材料对复合隔振器传递率的影响,比较了复合隔振器和钢丝绳隔振器在共振频率时的动态特性曲线.研究表明,随着隔振质量、激励幅值和橡胶阻尼的增加,复合隔振器隔振区的频带变宽,且传递率下降明显.通过与钢丝绳隔振器的动态特性曲线比...     

橡胶垫板连接的板壳结构振动传递特性

为了研究板壳结构采用橡胶垫板弹性连接下的隔振性能,应用有限元计算软件ANSYS分别对橡胶垫板连接和刚性连接板壳耦合模型进行了仿真计算,比较了两种连接方式下壳体的振动响应,并分析了橡胶垫板参数变化对其的影响。对比了阻尼橡胶垫板和沟槽型橡胶垫板两种连接元件,对采用不同连接元件时壳体的振动响应进行了对比研究。仿真结果表明:与刚性连接相比,橡胶垫板连接能有效抑制板壳振动传递;与阻尼橡胶垫板相比,沟槽型橡胶垫板的隔振效果更好。     

旋转锯片空气动力学噪声特性计算与分析

为分析旋转刀具在气流作用下的声学特性,基于多场耦合计算方程建立了流场-结构-声场联合仿真模型,通过弹性体与流场的动力学计算得到了结构强迫振动响应,利用边界元法将振动响应信息作为声学边界,获取了锯片的声场辐射信息,噪声预估值与实测结果吻合良好。研究了锯片旋转过程中周围流场媒介的层流、湍流特性对锯片振动的影响规律;揭示了流-固耦合作用对声场时域、频域影响作用机制;确定了锯片空载噪声辐射的方向特性;分析了锯片尺寸结构对噪声的影响规律,为低噪声锯片的设计提供了参考依据。     

基于谐波平衡法的非线性低频隔振系统振动特性研究

针对非线性低频隔振系统振动响应和振动传递率进行理论研究。基于非线性弹性元件的载荷－位移试验数据建立了非线性低频隔振系统的动力学模型和动力学方程。借助谐波平衡法对该非线性动力学方程进行近似求解,得到该非线性低频振动系统的一次谐波位移响应和振动传递率的近似表达式。分析了不同系统参数对振动传递率和曲线族骨架形状的影响,并对这种影响产生的原因进行了解释。理论结果与试验结果对比显示,当该非线性低频隔振系统工作在有效隔振频段内时,两者吻合良好。     

基于ADAMS的油锯发动机振动问题动力学仿真研究

针对油锯发动机的动不平衡问题及振动传递过程中的耦合问题,本文提出了一种基于虚拟样机技术的动力学仿真方法.首先分析了油锯振动产生的原因、振动传递路线,接着在此基础上建立包括发动机活塞、曲轴、连杆等结构在内的油锯发动机工作机构数学模型,并借助Solidworks与机械系统动力学分析软件ADAMS建立起了多体动力学模型.以此对油锯发动机振动产生、传递的特性进行仿真分析,进而构建了油锯振动产生、传递的规律.本研究将为油锯减振、隔振的进一步研究奠定基础.     

基于功率流法双层隔振系统振动传递

针对双层隔振系统,划分子结构系统,建立子系统传递矩阵,采用平均振动能量作为目标函数,利用功率流法合成系统传递关系,实现被动隔振过程振动传递特性研究.在上层隔振器和中间质量之间加入作动器,通过二次型目标函数最优,实现主被动隔振过程振动传递特性研究.根据双层隔振系统实际参数进行数值仿真和试验研究,获取多传递通道系统振动分布,并实现系统振动传递特性研究.数值仿真和试验研究结果表明,系统主导模态、耦合和阻尼等耗散特征以及初级激扰力特征决定多振动通道振动能量的分布和传递特性.     

FSDPT based study for vibration analysis of piezoelectric coupled annular FGM plate

The vibration behavior of a piezoelectrically actuated thick functionally graded (FG) annular plate is studied based on first order shear deformation plate theory (FSDPT). A consistent formulation that satisfies the Maxwell static electricity equation is presented so that the full coupling effect of the piezoelectric layer on the dynamic characteristics of the annular FG plate can be estimated based on the free vibration results. The differential equations of motion are solved analytically for various boundary conditions of the plate. The analytical solutions are derived and validated by comparing the obtained resonant frequencies of the composite plate with those of an isotropic core plate. As a special case, assuming that the material composition of core plate varies continuously in the direction of the thickness according to a power law distribution, a comprehensive study is conducted to show the influence of functionally graded index on the vibration behavior of smart structure. Also, the good agreement between the results of this paper and those of the finite element (FE) analyses validates the presented approach. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Eung-Soo Shin Farzad Ebrahimi received his B.S. and M.S. degree in Mechanical Engineering from University of Tehran, Iran. He is currently working on his Ph.D. thesis under the title of “Vibration analysis of smart functionally graded plates” at Smart Materials and Structures Lab in Faculty of Mechanical Engineering of the University of Tehran. His research interests include vibration analysis of plates and shells, smart materials and structures and functionally graded materials.     

Free vibration of a laminated composite shell of revolution: Effects of shear non-linearity

Effects of shear non-linearity on free vibration of a laminated composite shell of revolution are investigated using a semi-analytical method based on the Reissner–Mindlin shell theory. The coupling between symmetric and anti-symmetric vibration modes of the shell is considered in the shear deformable shell element employed in this study. The Hahn–Tsai non-linearly elastic shear stress–shear strain relation is adopted. Numerical examples are given for laminated composite circular cylindrical and conical shells with various boundary conditions. The numerical results indicate that shear non-linearity may reduce significantly the fundamental frequencies of cross-ply composite shells of revolution.     

复合材料薄壁圆柱壳热振动特性分析

采用有限元软件ANSYS参数设计语言（APDL）实现复合材料薄壁圆柱壳结构在线性分布温度场作用下的非线性热振动特性分析。计算不同约束条件、不同铺层方式和铺层层数的复合材料薄壁圆柱壳在线性温度场作用下的各阶固有频率,分析边界约束、铺层角度及铺层层数对结构热振动频率的影响。结果表明,温度效应、边界约束、铺层层数显著影响结构的固有频率,适当的铺层角度会改变结构的固有频率,不同的铺层方式对结构固有频率影响程度不同。这些结论将对复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导作用。     

基于钢轨吸振器的多模态复合式俘能器性能研究

针对现有的轨道振动俘能器效率低的问题,设计了一种钢轨吸振器和多模态压电电磁复合式俘能器结合的复合吸振器,在有效减轻轮轨系统振动的前提下回收振动能量,为低能耗轨旁设备供电.建立了车轮钢轨复合吸振器系统的摩擦耦合振动模型,与现场实测数据进行对比验证了模型的正确性.在此基础上,分析了多模态复合式俘能模块对轮轨系统振动特性的影...     

气动助推负阶跃力校准装置研究

为了消除传递力质量块对力传感器动态校准的影响,介绍了气动助推负阶跃力校准装置的工作原理,建立了校准装置的振动模型和运动学方程,并进行了运动学和关键技术分析,实验研究表明了气动助推校准装置能够消除传递力质量块的影响,提供理想的负阶跃力信号;其重复性好,重复性误差小于2 μs;建立的振动模型基本合理,减少切刀压块的质量和增加助推力能够缩短校准装置的下降沿时间;为2 000 kN动态力校准装置提供理论基础和设计依据.     

受轧件水平振动影响的板带轧机非线性振动特性

基于Roberts摩擦因数公式和Hill轧制力公式,建立能够表征不同摩擦状态下的动态轧制力模型;在此基础上进一步考虑轧机结构的振动和轧件振动之间的相互影响,提出轧件-轧辊耦合振动模型。根据广义耗散的Lagrange原理,分别沿轧制方向和垂直于轧制方向建立动力学平衡方程;采用多尺度法求解出考虑系统内共振的幅频特性方程,并仿真分析不同外部激励和非线性参数作用下的轧机振动规律。研究结果表明：滑动摩擦状态下耦合系统对内部非线性参数变化和外部扰动变化的敏感程度远远高于静摩擦状态下的情况;适当选取耦合三次项非线性参数,可以将系统不稳定振动的出现控制在一个较小的频率区间,削弱轧件-轧辊耦合振动对板带轧机振动的影响。     

Dynamic characteristics of a damaged plate

It is very important to well understand the dynamic characteristics of damaged structures to successfully develop or to choose a most appropriate structural damage identification method (SDIM) as the means of non-destructive testing. In this paper, the dynamic equation of motion for damaged plates is derived by introducing a damage distribution function, which may characterize the effective state of structural damages. It is found that structural damages may induce the coupling between modal coordinates. The effects of damages on the vibration characteristics of a plate depending on their locations, sizes, and magnitudes are numerically investigated in a systematic way. The numerical investigations are also given to the effects of damage-induced modal coupling on the changes in vibration characteristics and to the minimum number of natural modes required to predict sufficiently accurate vibration characteristics of damaged plates.     

Characteristic of torsional vibration of mill main drive excited by electromechanical coupling

In the study of electromechanical coupling vibration of mill main drive system, the influence of electrical system on the mechanical transmission is considered generally, however the research for the mechanism of electromechanical interaction is lacked. In order to research the electromechanical coupling resonance of main drive system on the F3 mill in a plant, the cycloconverter and synchronous motor are modeled and simulated by the MTLAB/SIMULINK firstly, simulation result show that the current harmonic of the cycloconverter can lead to the pulsating torque of motor output. Then the natural characteristics of the mechanical drive system are calculated by ANSYS, the result show that the modal frequency contains the component which is close to the coupling vibration frequency of 42Hz. According to the simulation result of the mechanical and electrical system, the closed loop feedback model including the two systems are built, and the mechanism analysis of electromechanical coupling presents that there is the interaction between the current harmonic of electrical system and the speed of the mechanical drive system. At last, by building and computing the equivalent nonlinear dynamics model of the mechanical drive system, the dynamic characteristics of system changing with the stiffness, damping coefficient and the electromagnetic torque are obtained. Such electromechanical interaction process is suggested to consider in research of mill vibration, which can induce strong coupling vibration behavior in the rolling mill drive system.     

单模光纤耦合传感器的设计

以单模光纤耦合器的熔融区为传感元件的传感器是一种特殊和广泛应用前景的光学检测技术。本文分析了该传感器的敏感机理,依据单模光纤耦合传感器耦合输出是传感器耦合区长度和振动频率的函数关系,提出该种传感器可实现应变和振动检测。搭建了以微应变仪和等强度悬臂梁的应变和振动检测系统,设计了实验系统的每个单元,详细分析了耦合型光纤传感器的静态响应特性和温度、横向压力干扰影响,结果表明该类型传感器对应变的响应非常灵敏。通过与压电振动传感器的测试对比,得出该传感器可更好地实现低频和高频振动检测,并分析了其低频和高频的响应特性。耦合型光纤传感器耦合区材料、结构本身、制作工艺等因素将影响传感器的静、动态性能,面向实用化,需解决传感器存在的一些问题。     

地铁列车振动源强离散机理测试分析

为了分析地铁列车振动源强离散特征以及不同频段的控制因素,对某地铁线路的同一区间内2个断面进行现场原位测试。从时域、频域多角度出发,统计分析全天测试样本。结果表明:测试断面振动源强离散超过15dB,且呈现与列车编组相关的周期性;早、晚高峰时段振动源强并没有显著增大;同一列车多次通过固定测试断面引起的振动响应差异主要受6.3Hz以下频段的离散性影响,该频段主要源于列车的准静态激励,与列车的载重直接相关;不同列车间8～250Hz频段内的振动响应由车轮不圆顺状态的差异性控制,该频段内分频振动加速度级差异最大接近20dB,直接导致全天内实测振动源强样本的显著离散。