基于模态分析理论的结合部动刚度辨识EI北大核心CSCD

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

基于结构阻尼的机械结合部动力学模型研究

机械结合部的阻尼由连接界面之间的相对滑动产生,为结构阻尼,因此提出了一种基于结构阻尼的结合部动力学模型。该模型通过刚度和结构阻尼对机械结合部进行等效,模拟结合部的动力学特性。为了对模型进行验证,设计了一组试验进行研究。首先利用DASP系统对试验件进行模态试验,得到模态参数和模态振型,然后根据模态试验数据识别机械结合部动力学参数。基于新模型的有限元复特征值分析结果与模态试验分析结果误差较小,表明结合部动力学模型在设置适宜的参数时,能够模拟机械结合部的动力学特性,验证了模型的可行性。     

单轴位置转台轴系特性分析

转台作为检测与评价惯性导航仪器仪表的主要设备,其轴系静态刚度、动态特性和控制精度等直接影响到检测的可靠性和置信度。本文针对单轴位置转台,对轴承和驱动电机等关键部件进行了等效处理,利用软件ANSYS建立了有限元模型,通过静力学分析得到了转台简化模型的变形情况;通过模态分析得到其固有频率和振型,结果表明转台结构刚度较大,其固有频率远大于外部激励频率,可以避免共振,并为后续的结构优化打下基础。     

一种优化的柔性环动力学轮胎模型的研究与应用

提出了一种优化的柔性环轮胎有限元建模方法,该方法在传统的径向弹簧支撑的柔性环模型上优化了弹簧的数量并采用B21线性梁单元等效胎体的变形。该研究应用万能试验机对哑铃型轮胎橡胶片进行单轴拉伸试验,得到了应力-应变曲线,采用有限元仿真软件Abaqus对材料拉伸数据进行了超弹性和黏弹性评估拟合,在自由状态及载荷状态下对普通子午线轮胎柔性环模型进行了线性摄动模态分析,并提取了振型与固有频率。通过与Singlemodle分析结果的对比,验证了此建模方法的有效性和准确性。该研究还应用该模型预测了在动力学条件下,速度、载荷、胎压对轮胎固有频率影响的规律,为轮胎结构分析和设计提供了参考。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

机械式停车设备框架结构模态分析与试验研究

针对机械式停车设备故障频发问题,以市场占有率较高的两层升降横移类机械式停车设备为研究对象,采用CAD/CAE技术开展框架结构模态分析与试验研究。首先利用SolidWorks和ANSYS软件建立框架结构三维及有限元模型,开展理论模态分析;然后利用AVANT MI-7008一体式数据采集与分析仪开展模态试验测试,并通过Modal Genius软件处理试验数据,分析得到停车设备各阶固有频率及振型。最后将试验结果与理论分析进行比对研究,分析结果表明停车设备的有限元模型是正确的,理论模态分析方法是可行的,该方法为停车设备的设计与优化提供有效参考和理论基础。     

高速曲面胶印机橡皮滚筒动态特性分析

目的在考虑轴承支承刚度的情况下,对橡皮滚筒进行模态分析和谐响应分析。方法采用有限元分析软件Ansys对橡皮滚筒进行有限元建模。结果分析得出其前五阶模态振型和固有频率,以及轴承支承刚度对橡皮滚筒固有频率的影响,通过谐响应分析得出橡皮滚筒在载荷冲击下的位移频率响应曲线。结论分析结果表明,该型曲面胶印机橡皮滚筒动态特性良好,可有效保证印刷质量。     

微/纳米传动平台的模态试验及优化设计

微/纳米传动平台中,柔性机构的弹性势必导致平台高速、高加速带来的残余振动。采用拉格朗日方法,建立了平台的动力学模型,得到了平台前5阶固有频率的解析式;分析了平台固有频率与柔性板簧厚度、长度的相互关系,得到了固有频率随柔性板簧厚度、长度的变化规律。应用有限元方法,分别仿真得到了前6阶固有频率和模态阵型;以固有频率为优化目标,建立了平台的优化模型。采用动态测试系统,分别对优化前、后的平台进行了模态试验分析;通过对比分析,得到了提高平台动态性能的方法,且模态试验结果表明,调整柔性板簧厚度、长度的方法是有效的、可行的。     

齿轮箱减振降噪优化设计方法研究

对某试验用齿轮箱进行了模态贡献量与面板声学贡献量分析,确定齿轮箱运行过程中箱体振动主要贡献模态和噪声辐射面板;结合振速法原理,对箱体表面振动与辐射噪声的关系进行了分析,实现基于有限元方法对箱体进行稳态振动响应求解与主要面板辐射声功率级的计算;将主要贡献模态固有频率和面板辐射声功率级作为目标函数,编制APDL的优化求解程序对齿轮箱箱体实现了减振降噪优化,得到了箱体各壁面的最优壁厚组合.结果表明,该方法具有很好的减振降噪效果,为齿轮箱的优化设计提供了借鉴意义.     

某SUV轿车副车架模态分析的实例研究

根据某SUV轿车副车架的实际结构,运用ANSYS Workbench 分析软件对其建立有限元模型。通过对有限元模型的模态模拟分析得到副车架的固有频率和相应振型,然后对副车架进行模态试验,通过比较实验结果与计算结果,验证有限元模型的正确性。最后通过改变U型横梁壁厚验证其对副车架整体模态特性的影响,为后续的结构优化提供参考。     

轿车白车身模态分析

运用HyperMesh建立了某轿车白车身的有限元模型。分别通过Optistruct软件和试验对白车身进行了仿真模态分析和试验模态分析,得到仿真和试验条件下白车身的固有频率及对应的各阶振型。将仿真模态与试验模态进行对比,结果吻合度高,验证了白车身有限元模型的准确性。仿真与试验结果均表明,该车身整体一阶扭转频率较低,车身容易发生共振现象,需要改进设计。     

高速电主轴转子—轴承系统动态特性分析

基于滚动轴承受力分析的拟静力学模型,通过变换求解变量,提出以接触角作为初始变量求解轴承动态特性方程组的简化求解方法和电主轴轴承对转子的支撑刚度,分析影响轴承支撑刚度的内外部因素。建立电主轴转子―轴承系统的简化模型,在考虑轴承动态支撑刚度的基础上,用有限元的方法进行分析,得到不同转速和轴向预紧力下轴承的支撑刚度及系统的1、2阶固有频率。最后进行电主轴静态锤击实验,实验结果和理论结果基本一致,验证理论分析的正确性。     

四缸柴油机曲轴的自由模态分析

利用CATIA软件建立四缸柴油机曲轴的三维模型,然后再用ANSYS软件对曲轴进行自由模态分析,得出前8阶固有频率和振型。通过试验手段对实体曲轴的自由模态进行测量得出曲轴的固有频率。最终将有限元分析结果和试验结果对比表明,两者所得固有频率吻合性较好,有限元分析计算结果是可信的,为曲轴的强迫振动分析和结构优化设计奠定基础。     

小倾角船用齿轮箱系统固有特性研究

小倾角船用齿轮箱由于输入轴与输出轴存在一个夹角,使螺旋桨获得一个入水角,可广泛应用于高速快艇和游艇上,开展小倾角船用齿轮箱系统动态特性研究具有重要的意义。论文以某小倾角船用齿轮箱为研究对象,通过支撑轴承把传动子系统和结构子系统耦合起来,建立齿轮-轴-轴承-箱体耦合系统三维有限元动力学分析模型。用Lanczos方法对系统固有特性进行了分析,获得该小倾角船用齿轮箱固有频率和振型。用锤击法对该小倾角船用齿轮箱固有特性进行了试验模态分析,验证了理论分析的正确性,为小倾角船用齿轮箱的动态性能和优化改进奠定基础。     

结合部虚拟材料参数的逆向优化识别方法

考虑结合部的有限元模型是准确分析、预测结构动态响应与振动控制的基础。以哑铃状结构实验模型为研究对象,采用虚拟材料层法对结合部进行等效参数化建模。综合模态实验数据和有限元优化仿真技术,提出了一种简单实用的结合部虚拟材料参数逆向优化识别方法。为关联有限元模型和实验数据,特引入基于仿真和实验固有频率之间差值最小化的目标函数。采用灵敏度法对整体结构模型做局部有限元反解,利用多目标遗传算法优化求解结合部虚拟材料参数。通过对比实验模型、正向模型和逆向模型得到的固有频率,验证了所提方法的正确性和可行性,并进一步探讨了不同预紧力矩对结合部虚拟材料参数的影响。     

基于模态试验的对接圆柱壳结构有限元模型修正EI北大核心CSCD

壳体组合结构广泛应用于船舶、土木和航空航天等工程领域。为获得精确的对接圆柱壳结构动力学模型,采用基于数学模型的响应面法对有限元模型多个参数进行优化,实现有限元模型修正。通过模态试验获得对接圆柱壳结构的试验模态参数,采用模态置信度检验模态试验结果。利用ANSYS有限元软件对结构进行有限元模态分析,提取整体模态。通过中心复合设计方法获取样本点构造多项式响应面模型,采用决定系数和均方根误差检验响应面的拟合精度。响应面模型计算结果与试验结果的误差构造目标函数,多目标遗传算法用于优化响应面参数,最终将修正后的参数代入有限元模型得到修正模型。对比修正前后的模态频率,结果表明修正后得到的有限元模态频率与实测模态频率间相对误差明显减小,进而验证了基于响应面方法在对接圆柱壳有限元模型修正中的有效性。     

2.5维C/SiC复合材料板弹性参数识别方法研究

以大型商业有限元软件NASTRAN为计算平台,提出了基于模态试验结果的2.5维C/SiC复合材料板弹性参数识别方法。基于复合材料板的模态试验结果,采用模型修正的思想构造优化问题,其中目标函数定义为实测模态频率与计算频率之差的平方和,将以刚度平均法获得的复合材料弹性参数的理论预测值作为优化问题的初值,充分利用了材料参数的先验信息,然后对材料参数进行灵敏度分析,通过迭代求解识别出复合材料板的弹性参数。识别后,C/SiC复合材料板第1-4阶模态频率的复现精度明显提高,并能保证第5-8阶模态频率的预示精度。研究结果表明,方法能准确识别2.5维编织C/SiC复合材料的弹性参数,并为复合材料等效建模以及进一步动态特性研究提供参考。     

小型客车车轮模态分析

汽车行驶过程中,受到不同幅值和频率的激励,通过车轮传递到车内,进而影响车辆的舒适性。通过Pro/E软件建立车轮的三维模型,使用有限元分析软件Hyperworks建立车轮的有限元模型;采用Optistruct模块进行计算,得到车轮在自由状态下的固有频率和模态振型。通过对车轮进行自由模态实验分析,得出车轮的固有频率和模态振型。将模态实验结果与有限元分析结果进行对比分析,得出低阶模态振型主要集中在轮辋边缘部位,而高阶模态振型主要集中在轮辋中间部位;同时实验结果也验证了车轮有限元模型的正确性。     

兆瓦级风电齿轮箱传动系统瞬态动力学响应等效缩减方法EI北大核心CSCD

随着风电齿轮箱朝10 MW及以上超大功率发展,其全尺寸测试受到试验台架功率限制的问题愈发明显。该研究提出了兆瓦级风电齿轮箱传动系统瞬态动力学响应等效缩减方法,以某型5 MW风电齿轮箱为研究对象,建立了风电齿轮箱传动系统变速动力学模型,并基于量纲理论推导了适用变速工况的风电齿轮箱传动系统等效缩减动力学相似关系,对比分析了原型与缩减后的风电齿轮箱传动系统固有特性与振动响应。研究结果表明,缩减后的风电齿轮箱传动系统固有频率、模态振型与原型满足相似关系,并且缩减后的风电齿轮箱传动系统稳态响应、瞬态响应均与原型满足相似关系,最大误差小于3%。该方法可以为风电齿轮箱等效缩减设计提供一定的参考依据。     

基于有限元分析的瓦楞机支撑侧板结构优化设计

目的研究瓦楞机支撑侧板在复杂应力作用下的动态特性。方法通过Pro/E建立瓦楞机支撑侧板模型,运用有限元分析方法对侧板原结构和优化后的结构进行模态分析,并将前后模态分析结果进行对比。结果得出了侧板原结构和优化后的结构的前5阶固有频率和模态振型图,分析结果显示侧板原结构产生了扭转振动、摆动和弯曲变形,优化后的侧板结构变形减小,刚度增加,固有频率提高约25%,质量减轻约83 kg。结论侧板结构优化是比较合理可靠的,可以为结构优化设计提供一定的参考依据。