微加速度传感器的结构刚度分析新法

微传感器结构刚度是优化传感器结构尺寸、研究传感器动态响应特性的一个重要参数．目前多采用有限元分析获取这一参数,但该方法难于给出一个物理思想比较明确的解析表达式．针对自主开发设计的一种具有复杂微结构的加速度传感器,提出综合运用力法和能量法原理求解其主轴刚度,并通过仿真分析验证了理论推导．理论计算与仿真分析的结果有较好的一致性．该方法可推广应用于具有对称、静不定微结构的加速度传感器的刚度分析．     

求瞬时加速度中心的一个方法

如图1所示,设已知平面图形的角速度ω,图形上某点B 的加速度a_B 的大小和方向及另一点C 的法向加速度(?)的大小及方向,试求此平面图形的瞬时加速度中心(简称加速度瞬心)及角加速度8.解:如图2,作线段BB_1,令 ...     

基于动态特性补偿的冲击波测试数据处理方法

利用激波管对传感器进行动态标定,采用特殊白化滤波器广义最小二乘迭代法建立冲击波测试传感器的数学模型并对其动态特性进行分析,提出采用基于零极点相消原理补偿法来对传感器动态特性进行补偿。实际试验的测试数据处理应用表明,基于动态特性补偿的数据处理方法能够提高传感器动态特性和冲击波测试数据的准确度。     

基于双离心机的正弦加速度数学模型的建立

基于双离心机的线加速度计动态校准是加速度计动态校准的一种新方法,该校准方法的核心是在被校加速度计检测质量的质心处产生标准的动态加速度,如正弦加速度。文中通过推导建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型,为线加速度计的动态校准提供了理论依据。介绍了双离心机的组成原理,分析了被校加速度计检测质量质心处绝对加速度的来源,并采用矢量合成法对相对加速度、牵连加速度和哥氏加速度进行合成得出了绝对加速度的表达式,建立了基于双离心机的正弦加速度数学模型。文中还对基于双离心机的线加速度计动态校准装置和线振动台进行比较,指出了前者在线加速度计动态校准中的优点。     

基于Hopkinson杆的加速度传感器测试系统仿真与测试研究

针对加速度传感器的Hopkinson杆动态试验装置,采用有限元工具对Hopkinson杆测试系统进行了仿真研究。仿真结果说明整形垫的加入和入射子弹形状的改变提高了应力历史的上升时间和加速度历史的脉宽。动态加载的试验测试与仿真结果表明:当由平头子弹改为尖头子弹并添加铝制整形垫后,入射杆应力脉冲持续时间与对加速度传感器加载的加速度冲击均得到了大幅提升。Hopkinson杆动态测试系统的测试与仿真研究为传感器的冲击试验设计奠定了基础。     

平面图形加速度的一种分析方法

平面图形加速度的一种分析方法袁镒吾（中南工业大学，长沙４１００１２）本文对于平面图形上一点的加速度的大小及方向已知，另一点的法向加速度的大小及方向也均已知，需求平面图形的角加速度的情形，提出了新的分析方法．较之文［１］更为简便．解此类问题的经典方法是...     

平面图形加速度的一种分析方法

平面图形加速度的一种分析方法袁镒吾（中南工业大学，长沙４１００１２）本文对于平面图形上一点的加速度的大小及方向已知，另一点的法向加速度的大小及方向也均已知，需求平面图形的角加速度的情形，提出了新的分析方法．较之文［１］更为简便．解此类问题的经典方法是...     

分析平面图形上点的加速度的一种新方法

分析平面图形上点的加速度问题通常用基点法和瞬心法。本文从加速度投影方程出发,引入相似加速度的概念,使加速度投影方程变换为便于实际应用的相似加速度投影方程,从而使求解平面图形上点的加速度问题比常规的基点法和瞬心法更有方便之处。文中列举多种典型例题,以阐明该方法应用的普遍性。     

一种基于神经网络的传感器故障诊断方法

提出了基于两级神经网络结构的多传感器斜置组件的故障诊断方法,以消除传感器安装误差、刻度系数误差以及常值偏差对故障检测与隔离准确性的影响。与基于参数估计的奇偶向量补偿方法相比,这种方法不需要各项误差的动态模型和噪声的统计特性。     

基于Model 1221的小型加速度测量系统

采用微机械传感器Model1221,通过扩展外部储存器SD卡,设计并制作了由2块直径2.3cm的电路板构成、基于LPC2132微处理器的小型加速度测量系统,并结合该系统的RS232在PC机上设计了对测量数据读取、存储和去噪的分析处理软件。为了准确掌握系统静态和动态性能,分别开展了向心加速度静态标定和冲击加速度动态对比测试,结果表明该系统在测量范围((-50～50)g)和频响范围(0～2kHz)内性能较好,同时可进行长时间存储,具有一定的应用前景。     

高拱坝动力特性与动力响应模型试验研究

高拱坝的动力破坏特性越来越受到关注,动力特性和动力响应是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究高拱坝动力特性和动力响应的特征,动力特性试验比较了完好结构与有施工横缝结构的基阶动力特性,表明当结构存在施工横缝时,结构基阶频率降低,阻尼增大。结构动力响应采用振动台模拟地震波激励,试验结果表明,完整结构与有施工缝结构动力响应具体数据不同,但规律相同。加速度最大响应沿拱顶水平向在坝中拱顶的值最大,向两边的坝肩处,加速度最大响应逐渐减小。沿拱坝垂向加速度最大响应从坝顶到基础,响应均逐渐减小。试验结果可为高拱坝结构动力安全研究提供技术依据。     

后临界湍流区间内旋转薄壳结构振动演化与作用机制实测研究

载荷的时变特征可能会对结构振动强度和能量作用机理产生重要影响,火/核电厂最重要的大型建筑结构均为典型的旋转薄壳结构(如冷却塔、烟囱等).为揭示后临界湍流区间内旋转薄壳结构的振动演化特征及其作用机制,实测了后临界雷诺数($Re\ge $3.5$\times $10$^{6}$)条件下8座典型旋转薄壳结构的振动响应.首先,在对实测响应进行降噪滤波处理后进行了不同时距的信号非平稳识别,基于非平稳分析模型对响应的时变均值和极值估计进行研究,并基于多尺度小波变换的演化谱方法开展了响应的频域演变特性研究.在此基础上,探讨了结构风振响应的共振分量占比及其效应,识别了结构的自振频率和阻尼比,并以结构基频为划分依据分别讨论了不同旋转薄壳结构的阻尼作用机制.研究结果表明:(1)旋转薄壳结构在后临界湍流区间内风致振动响应表现为强度非平稳、频率平稳的演化特性;(2)后临界湍流区间内的旋转薄壳结构的风振问题应区分准静力作用点与共振激发点分别进行研究,不同共振激发点的功率谱分布形式较为相近,而准静力作用点的功率谱分布规律差异较大;(3)共振激发点的振动能量分布呈现明显的分段趋势,基于本文大量实测分析结果回归得出适用于共振激发点的三阶段共振谱表达式;(4)借助本文提出的等效阻尼比概念拟合出此类结构的阻尼比预测公式,论证了目前工程中通用的5%阻尼比取值的不合理性.      

固体颗粒对半球扰动尾迹影响的实验研究

采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)研究固体颗粒对放置在平板层流边界层中半球粗糙元尾迹的影响. 实验采集了清水和加入粒径为140 $\mu$m, 220 $\mu$m, 350$\mu$m聚苯乙烯固体颗粒4种工况下二维速度场信息, 基于半球半径的雷诺数为994 ($Re_R=RU/\upsilon$), 固体颗粒的体积浓度为$3.0\times10^{-5}$. 对比清水和两相工况下的平均速度剖面、湍流强度等宏观统计量, 分析固体颗粒对半球尾迹流动宏观特性的影响. 分别利用沿流向不同位置的流向脉动速度的二维空间相关系数和法向脉动速度的功率谱密度函数分析颗粒对尾迹结构演化过程及尾迹结构脱落频率的影响. 结果发现: 与清水相比, 回流区随颗粒粒径增大而逐渐增大; 颗粒使湍流强度增大, 回流区的存在导致在半球后流向位置$2R$前后区域湍流强度呈现不同变化趋势; 颗粒使尾迹结构的流向尺度减小并且随着颗粒粒径的增大先减小后增大; 在尾迹结构运动过程中颗粒的存在促进了尾迹结构的周期性加速和减速运动, 促进作用随着颗粒粒径的增大先增强后减弱; 颗粒的存在促进了尾迹结构的脱落, 脱落频率随颗粒粒径的增大先增大后减小.      

横摆振荡翼型动态气动掠效应试验研究

大型风力机设计对获取翼型更加全面、准确的动态载荷提出更高要求, 研究翼型横摆振荡动态气动特性具有重要意义. 借助"电子凸轮"技术和动态数据同步采集手段, 针对翼型动态“掠效应”首次开展了横摆振荡风洞试验研究, 研究表明: 横摆振荡翼型的气动曲线存在明显迟滞效应, 吸力面压力周期性波动是主要诱因, 且随着振荡频率、初始迎角和振幅的增大, 气动迟滞特性均增强; 升力和压差阻力随横摆角变化的迟滞回线呈"W"形, 俯仰力矩迟滞回线呈"M"形, 升力差量迟滞回线呈"$\infty$"形; 负行程下翼型气动力相对于正行程下的更高, 且负行程下翼型气动力随振荡频率的增大而略有增大, 正行程下则明显减小; 升力系数功率谱密度分布在振荡频率倍频处的能量集中的幅值随着振荡频率增大有增大趋势; 吸力面1.2%和40%弦长处压力的滞回特性较强, 是由于翼面剪切层涡和动态分离涡周期性发展、运动、破裂和重建; 振幅为$10^{\circ}$时, 升力迟滞曲线呈"$^{\wedge}$"形, 振幅为$30^{\circ}$ 时, 升力迟滞曲线呈"$^{\wedge\wedge\wedge}$"形.      

DYNAMIC ANALYSIS OF A LOADED SHOULDER-POLE DURING WALKING

建立了扁担挑物的动力学模型和动力学方程,并进行了数值求解。扁担挑物时存在三种频率,即重物类似于单摆的振动频率、挑运者的步行频率和扁担-重物系统铅垂方向的振动频率。计算结果表明,为了获得较好的挑担体验,三种频率应该相互协调。当人挑担行走的频率为扁担-重物系统铅垂方向振动频率的70%,$\sim$,80%时,肩部铅垂附加动反力为重物重力的30%左右且与肩部铅垂运动同相,当重物类似于单摆的振动频率为人步行频率的25%,$\sim$,30%时,重物的摆角和肩部受到的水平附加动反力均较小,从而有利于人挑担行走。     

Explicit computational method of dynamic response for non-viscously damped structure systems

Non-viscous damping models in which the damping forces depend on the past history of velocities via convolution integrals over some kernel functions have been raised in many engineering fields. This paper describes an explicit computational method of dynamic response for the non-viscously damped structure systems. The explicit formula is derived using the differential property of convolution and the central difference formula of acceleration. The explicit computational procedure of dynamic response is given in detail. Finally, the dynamic responses of MDOF structure system with double exponential model dampers and SDOF structure system with Gaussian model damper are computed using the proposed explicit method. The accuracy and efficiency are discussed by comparison with other two developed methods.     

考虑横向惯性效应的非饱和土中单桩的竖向动力响应

基于非饱和土的动力控制方程,考虑横向惯性效应,建立了三相非饱和介质中嵌岩桩的竖向动力响应连续介质模型,对桩侧非饱和土的动力控制方程进行Laplace变换,在频域内,通过引入势函数、算子分解等手段对控制方程进行解析,得到了桩侧土体剪应力及竖向振动位移的表达式.结合桩基的竖向振动方程及桩–土接触面的连续性条件,使桩土耦合振动系统得以解答,最终在频域内得到了桩顶复刚度、导纳、桩–土系统振动位移及应力的解析解,借助Laplace逆变换得到了半正弦激励载荷下桩顶的速度时程曲线.最后,通过算例分析验证了计算结果的准确性,分析了横向惯性、泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基动力响应的影响.结果表明:(1)单桩动刚度、阻尼、导纳等变量随频率变化发生周期性振荡,在桩基各阶固有频率处发生共振;(2)泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基的动力响应有较大影响,且频率越大,影响越明显;(3)泊松比越大,单桩动刚度、阻尼、导纳的波动幅值及对应的频率越小,桩顶时程曲线中的桩底反射信号越弱;(4)饱和度越大,对应各动力响应的波动幅值越大,且桩底反射信号的波峰越大.     

组合结构结合部动态参数的实验识别方法

根据两种不同的试验情况，提出了相应的利用实测传递函数识别组合结构结合部刚度、阻尼参数的方法，给出了识别过程的数学原理，该方法避免了对实测传递函数矩阵求逆运算，有效地防止了测试误差在识别过程的扩大化，计算机仿真试验表明，本文方法数值计算稳定，识别效果良好。     

基于多尺度方法的平动圆柱贮箱航天器刚——液耦合动力学研究

以充液航天器为工程背景,借助多尺度方法研究刚--液耦合动力学系统非线性动力学特性.利用多维模态方法,将描述横向外激励下圆柱贮箱中液体非线性晃动的自由边界问题转换为液体模态系数相互耦合的有限维非线性常微分方程组.推导液体晃动产生的作用于贮箱壁的晃动力和晃动力矩的解析表达式,进而建立航天器刚体部分平动和液体晃动耦合的非线性动力学方程组.应用多尺度方法对刚--液耦合系统的动力学特性进行解析分析,通过固有频率的特征方程求解耦合系统固有频率,推导外激励频率接近耦合系统第一阶固有频率时液体晃动稳态解的幅值频率响应方程.结合数值方法,研究了液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线和激励--幅值响应曲线.结果表明, 随充液比变化,液体晃动稳态解的幅值频率响应曲线会发生软、硬弹簧特性转换现象和"跳跃"现象;幅值频率响应曲线的软、硬弹簧特性转换点受重力加速度和弹簧刚度系数影响;以上所得研究结果表明,考虑非线性效应时的刚--液耦合系统动力学特性与传统的线性系统模型所显示的动力学特性具有本质区别.本文的研究工作对进一步分析充液航天器刚--液耦合非线性动力学特性具有重要参考价值.      

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

激波管通常用于动态压力传感器的校准，压阻式绝压传感器在激波管校准过程当中，会出现谐振频率等动态性能指标随着激波管静态压力环境、气体介质变化而改变的情况，影响传感器动态特性的校准。基于压阻式传感器的工作原理，对传感器的敏感膜片结构进行了机理分析，建立了膜片结构与校准环境中介质和静压关系的动态模型；通过ANSYS与SIMULINK软件开展了数值模拟验证工作，模拟结果与理论推导一致。通过激波管校准实验验证了气体介质与静压的影响关系，结果表明:传感器的谐振频率与静压间存在非线性关系，并且随着敏感膜片径厚比的增大而显著增大；系统阻尼比大小与气体介质有关，随着气体密度的降低而升高；传感器的灵敏度与气体介质和静压无太大直接关系。在使用激波管校准压阻式绝压传感器时，应当考虑介质与静压参数对校准结果的影响。