基于模态应力恢复的轿车发动机舱盖焊点疲劳寿命分析

建立汽车发动机舱盖焊点有限元模型,并将分析结果与试验模态对比,验证该有限元模型的准确性.分别采用准静态法和模态应力恢复法得到焊点的应力-时间历程;基于Palmgren-Miner线性损伤累积准则和S-N曲线对比评估焊点疲劳寿命,并在模态应力恢复方法中考虑截止频率和结构阻尼对焊点疲劳寿命的影响.与虚拟台架试验的对比结果表明：准静态预测的焊点寿命大于试验寿命,截止频率为200 Hz且结构阻尼为0.06的模态应力恢复结果与试验结果较吻合.基于模态应力恢复法优化设计的发动机舱盖通过耐久路试.     

空间遥感TDICCD相机振动补偿的优化设计

为了降低振动对空间遥感TDICCD相机的影响,提高成像质量,提出了被动补偿和主动补偿相结合的振动补偿方法;分析了振动对TDICCD相机MTF的影响,指出了当振动量小于一定数值时,通过优化设置积分级数可以同时满足系统对信噪比和调制传递函数的要求,提出了小振动时积分级数被动补偿和大振动时压电陶瓷主动补偿相结合的补偿方法;数值计算结果表明,在系统的信噪比要求为100倍,振动导致的调制传递函数大于0.95的前提下,当振动量不大于0.0136μm时,可采用被动补偿的方法对振动进行补偿,否则采用主动补偿。     

无人机捷联航姿系统误差分析与补偿

针对由三轴磁传感器、三轴微机电系统(MEMS)加速度计和三轴MEMS速率陀螺构成的无人机捷联航姿参考系统(AHRS),在详细分析3种传感器误差来源的基础上,建立了与之相适应的误差数学模型;根据传感器自身特点和九轴传感器的测量特点提出了相对应的误差补偿算法.试验结果表明:磁通门传感器的航向角最大误差由补偿前15°降低为补偿后1.6°;补偿后加速度计的俯仰角最大误差为0.25°,倾斜角最大误差0.35°;速率陀螺的静态误差补偿在3.5 min之内航向角误差为±0.3°,俯仰角补偿后误差±0.4°,倾斜角补偿后误差±0.4°;当速率小于15°/s时,动态误差控制在±1°.     

大型龙门导轨磨床工作台运动精度控制方法研究

大型龙门导轨磨床工作台整机运动场、主轴漂移量、补偿误差均会对控制精度产生影响,因此研究新的大型龙门导轨磨床工作台运动精度控制方法;根据大型龙门导轨磨床基本结构连接形态,求解主要技术参数,实现龙门导轨磨床工作台设计;从静态、动态两个角度出发,分析立柱部件、横梁部件受力情况,确定多目标拓扑与模态有限元条件,以此分析磨床工作台的运动特性;以动静态参数求解结果和整机运动场为基础,计算主轴漂移量的取值范围,结合相关运动参数计算补偿误差数值,结合对补偿误差数值计算以及PDDF控制器结果对工作台运动精度进行控制;实验结果表明,所提方法可以将工作台运动路径拟合误差控制在0～0.07 mm范围之内,满足龙门导轨磨床工作台运动精准控制的要求,实际应用效果好。     

硅微陀螺模态频率温度特性的研究

硅微机械陀螺的零位输出受温度影响较大,为提高精度,对其进行温度误差补偿很有必要,而陀螺表头真空封装后内部温度难以直接测量.通过研究模态频率与温度之间的关系,发现驱动轴谐振频率与温度之间存在很好的线性相关性,同时具有很好的温度重复性.由于谐振频率的精度很高,所以用谐振频率测量温度会有很好的分辨率.因此,可以利用驱动模态的谐振频率来标定陀螺表头内部的温度,为下一步的温度补偿提供新的方法.     

多自由度串联系统传递函数的辨识

本文考虑多自由度串联振动系统传递函数的辨识问题.分析表明,从输入输出结构看这 是一个多级闭环系统,如用模态分析技术建模,需解2n阶状态方程的特征值问题,随着n的增 大,计算量增大,参数估计精度下降.本文从系统辨识角度提出一种二阶振荡系统传递函数辨 识方法,分别处理各个自由度的传递函数辨识,仿真计算结果表明该方法比模态分析法简便有 效.     

基于DMD方法的矩形断面涡振模态分析

为探究涡激振动下,矩形断面绕流场的模态演化规律及涡振发生机理,基于雷诺平均SST k-ω模型对宽高比为5∶1的矩形断面的涡激振动进行了二维数值模拟研究.通过CFD/CSD交错迭代求解,结合动网格技术实现了二维流固耦合计算,并与风洞试验结果进行对比分析,验证了数值计算的准确性.随后,对流场的瞬时状态进行可视化分析,以z方向涡量值为基本物理量,基于动力学模态分解(DMD)方法对其静态与涡振态流场模态进行了对比分析.结果表明：在涡振发展的不同阶段,主导流场的模态频率不同,主模态频率会由静态涡脱频率向结构固有频率转变,此主模态的转变表征了流固耦合的内在机制;与静态矩形相比,涡振态矩形由于运动诱导涡的存在,导致其前缘涡与尾缘涡的相位差减小,前缘涡与尾涡而合并时前缘涡占据主导,使得在尾缘脱落的Karman涡相关性减弱,形成了涡振锁频现象.     

超单元应用中的关键问题研究

航天相机结构复杂,相应的有限元模型大,计算机分析效率低,甚至无法求解.为缩减模型自由度,提高计算机求解效率和能力.采用超单元技术划分相机有限元模型,利用部件模态综合法降低系统阶数;着重研究超单元在MSC.Patran中创建时和在MSC.Natran中分析时所遇到的各种关键问题,分析错误产生的原因,提出相应的解决措施;并通过一大型算例验证了超单元模理的准确性.分析结果表明:超单元法与整体有限元分析法比较,求解的前10阶固有频率误差小于4%,而计算时间仅为原来的1/2.超单元法很大程度上缩减模型自由度,提高计算机解算能力,节省计算时间.     

一种基于路况的渐消记忆陀螺误差补偿方法

针对GPS/DR组合导航系统在汽车直行和转弯时速率陀螺误差特性不同的情况,提出了一种基于路况的渐消记忆陀螺误差补偿方法。这种方法在GPS信号正常时根据路况不同实时计算陀螺刻度因子误差;当GPS丢星时,用GPS正常时计算的刻度因子误差补偿速率陀螺。在实际工程应用中,用此方法补偿低成本GPS/DR组合导航系统的陀螺误差后再进行EKF容错滤波,在GPS丢星后一段时间内,仍能保持较好的导航精度。     

基于特征模型的柔性结构直接自适应模糊预测控制

为了避免用模态截断方法设计控制器时所引起的控制和观测溢出问题,把柔性结构模型转化为用含有未知系数的二阶差分方程描述的特征模型,对此模型提出了当柔性结构实现位置保持时的直接自适应模糊预测控制方法.此方法直接利用模糊逻辑系统设计预测控制器,并基于广义误差估计值对控制器参数和广义误差估计值中的未知向量进行自适应调整.文中证明了所设计的控制器可使广义误差估计值收敛到原点的一个小邻域内.仿真结果验证了此方法的有效性.     

Modal synthesis method of lateral vibration analysis for rotor-bearing system

Rigid coupling and flexible connection made up of elastic coupling units are widely applied to rotor-bearing system with multi-branched shafting system. This paper proposes a modal synthesis method of lateral vibration analysis for such kind of rotor-bearing system. When the proposed approach is developed, the elastic coupling unit is defined as “flexible substructure” which is treated individually and the other parts are partitioned into some substructures which are analyzed by finite element method. The lower-frequency normal modes of the substructures are retained; whereas the higher-frequency normal modes are neglected by a frequency truncation criterion and the residual flexibility of those omitted modes is considered. The lower-frequency normal modes and residual flexibility are considered to be the assumed modes of Rayleigh–Ritz analysis of whole structure. The approach to the treatment of higher-frequency modes leads to a great reduction in the calculation time and a significant improvement in the efficiency of modal synthesis. Examples show that the proposed approach is very effective for the vibration analysis of rotor-bearing system with multi-branched shafting system and the results derived from this approach are in a good agreement with those from transfer matrix method.     

基于等效模态阻尼的复合隔振系统振动计算方法

基于线性黏弹性假设,将应变能阻尼理论推广到复合隔振系统的等效模态阻尼计算中,运用Python和Abaqus编制相应的计算程序,该程序可考虑材料阻尼的频变特性。以多种材料组成的船舶双层复合隔振系统为算例,计算其等效模态阻尼和隔振器等效阻尼系数。分别采用直接积分法和模态叠加法计算系统振动响应,对比设备、筏架、船底壳的振动加速度响应,验证基于等效模态阻尼的模态叠加法的准确性。结果表明,该方法可以准确计算复杂组合模型的模态阻尼,算例的振动响应计算结果一致性较好,用模态叠加法可以大幅提高复合隔振系统稳态振动响应的计算效率。     

驱动微梁形状对微陀螺仪耦合误差的影响分析

为研究微陀螺驱动微梁在加工误差下的微梁形状变化对正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响,建立了驱动微梁在对角线梁宽误差下的有限元分析模型,采用有限元仿真分析和解析计算相结合的方法研究了U型梁一端梁长的变化对微陀螺正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响.研究发现,当U型梁一端的梁长为另一端长度的二分之一左右时该类加工误差会引发非常严重的正交耦合误差和模态耦合现象,并对检测信号产生极大影响;当U型梁退化为直梁或者为等长梁的时候,对检测信号的干扰很小、正交耦合误差为零、模态耦合程度最小,而且两者的变化规律呈现正相关.适当地加大单自由度微陀螺驱动模态和检测模态的频率差不仅可增加微陀螺的带宽还可减小耦合的影响.     

Marquardt optimization method to design two-channel quadrature mirror filter banks

This paper proposes an efficient method for the design of two-channel, quadrature mirror filter (QMF) bank. The design problem is formulated to minimize an objective function, which is a linear combination of pass-band error and stop-band residual energy of the low-pass analysis filter of the filter bank, and the square error of the overall transfer function of the QMF bank at the quadrature frequency. A new algorithm has been developed to minimize the objective function by optimizing the filter tap weights by using Marquardt optimization method. Simulation results of the algorithm show that the performance of the proposed method is better than that of the already existing methods.     

基于单元模态应变能和剩余模态力的结构损伤识别方法在某塔式桁架中的应用

为快速、准确定位工程结构损伤位置,有效提高工程结构安全性能和使用寿命,以某塔式桁架结构为研究对象,运用单元模态应变能法和剩余模态力法对其进行损伤识别.利用MSC Marc对该桁架完整结构和几种不同损伤程度下的损伤结构进行模态分析,通过MATLAB编程从模态分析结果中提取这些结构的模态参数,计算损伤结构单元模态应变能的变化率和损伤结构各节点自由度对应的剩余模态力,并进行结构损伤识别.结果表明单元模态应变能变化率和剩余模态力是有效和准确的结构损伤标志量.     

Weld-seam identification and model reconstruction of remanufacturing blade based on three-dimensional vision

Remanufacturing technique has been widely used for repairing the damaged regions of aero-engine blades. As the irregularity of weld-seam shape and uneven residual height pose great challenges for the subsequent precision grinding and polishing, it is necessary to use the high efficiency and precision measurement method to obtain a true and accurate weld-seam model, especially in the boundary areas. Therefore, a measurement approach for weld-seam identification and model reconstruction of the remanufacturing blade based on self-developed binocular vision system is presented in this work. The calculation of three-dimensional reconstruction and the complexity of subsequent point cloud processing were reduced by coarse positioning firstly, and then the weld-seam was located precisely by point cloud segmentation based on the region growth algorithm and point cloud normal filtering method. On this basis, a true weld-seam model with precise boundary was obtained. The average error of the boundary extracted by proposed method is about 0.263 mm lower than that of the traditional method. In addition, the B-spline surface was fitted according to the point cloud without weld-seam feature, and a theoretical machining model was obtained by cutting of B-spline surface along the weld-seam boundary. Furthermore, the results of verification experiment indicated that the smoothness error of machined blade surface was less than 0.025 mm and the machining error was less than 0.07 mm. This method has obvious advantages in calculation efficiency and reconstruction accuracy of theoretical machining model while compared with traditional measurement methods for the remanufacturing blade, which is beneficial to improve the machining quality and efficiency of the remanufacturing parts.     

动车组司机室空调蒸发器气动噪声数值仿真

为研究动车组司机室空调蒸发器的噪声响应，建立某型司机室分体式空调蒸发器的计算流体动力学模型，采用FLUENT中的大涡模拟（large eddy simulation, LES）计算瞬态气动流场。对瞬态流场数据进行傅里叶变换，得到空气流场的频域数据。基于流场频域数据，采用Virtual.Lab的边界元法计算蒸发器的气动噪声，采用声压法计算蒸发器的辐射声功率，并与测试结果进行对比分析。结果表明：蒸发器出口位置气动噪声最高，最大声压级高于56 dB；最大声功率级出现在125~400 Hz的低频段；声功率级随着频率的增加逐渐降低，但在5 000 Hz的高频辐射中声功率级仍然超过55 dB，这表明空调蒸发器气动噪声属于宽频噪声；计算结果与测试结果吻合良好，验证声压法计算空调蒸发器气动声功率可行。     

基于延时互相关的正弦信号频率估计方法

为提高非整周期采样信号的频率估计精度,提出一种基于延时互相关的正弦信号频率估计方法。首先,截取一段采样信号及其等长度延时信号;其次,对2段信号做互相关运算,并构建不包含误差项的误差校正信号;然后,对误差校正信号进行频率粗估计,并生成参考信号;最后,根据柯西-施瓦兹不等式构造误差函数,通过最小化误差函数得到频率精估计值。仿真实验结果表明：该方法能有效降低非整周期采样的影响,提高频率估计精度,其估计精度优于同等条件下基于自相关的频率估计方法,使得频率估计值的均方误差更接近克拉美罗下限。     

微机械陀螺的刻蚀误差特性分析

微陀螺仪结构上的腐蚀凹槽或腐蚀腔可以由深层反应离子刻蚀技术得到,加工过程中存在的刻蚀误差对微陀螺的固有频率、输出精度和稳定性有重要的影响.采用有限元分析软件ANSYS建立了一种梳状微机械陀螺的有限元分析模型,采用解析的方法并通过Matlab数学软件进行仿真,研究了由于加工误差导致微梁过度刻蚀对微陀螺驱动模态、检测模态、固有频率、带宽、灵敏度的影响.结果表明,微梁刚度和微陀螺固有频率随着刻蚀角度的增大而增大;最大过度刻蚀角度为±2度时,其驱动模态和检测模态的固有频率的变化率均超过了14%;刻蚀误差会导致微陀螺工作模态降阶,以及干扰模态介于与驱动和检测模态之间且与驱动模态频率相近,这会严重影响微陀螺的输出精度;带宽随过度刻蚀夹角增大而减小,灵敏度随过度刻蚀夹角的变化而发生不规律变化;当刻蚀角度介于0°~1.5°时,微陀螺的灵敏度将高于无刻蚀误差时微陀螺的灵敏度.