振动试验与分析一体化系统简介

介绍了经多年努力研制出的集试件参数识别、试验控制、振动分析、故障预测与诊断、试验夹具设计及试件修改等功能于一体的振动环境试验与分析一体化系统,并对其中的主要创新点如试验夹具动力学设计、振动台参数识别等功能进行了简要的说明.     

手性超材料惯容吸振器的扭转振动抑制研究

惯容结构常用于振动抑制中,有着较为良好的减振效果.而惯容与吸振器结合的新型吸振器具有轻量化的优点,然而设计复杂的惯容结构限制了惯容吸振器在振动领域的广泛应用.针对这一局限性,设计一种具有简单高效惯容结构的手性超材料惯容吸振器(CIDVA).首先引入了手性超材料的压缩-扭转耦合效应,并利用该效应放大惯容盘的扭转行程,形成惯容机制.为了保证惯容机制的可行,设计一种辅助机构来保证手性超材料的运动.其次研究了CIDVA结构和工作原理并进行有限元仿真分析,计算和验证其惯容放大常数.并在此基础上建立了CIDVA-主系统的动力学方程,对CIDVA-主系统在稳态和瞬态激励下的扭转振动抑制能力进行了研究,并与锁定CIDVA进行了对比.接着对惯容有效性进行了分析.最后,基于试验验证了CIDVA对主系统的扭转抑振能力.结果表明, CIDVA能在瞬态和稳态激励下有效抑制主系统扭转振动,且相较于传统DVA,能节省自身10倍以上的转动惯量.为DVA实现轻量化设计和高效的振动抑制提供了新思路和方法.     

简谐荷载下橡胶隔震渡槽-水耦合体共振响应机理分析

采用计算流体力学（CFD）方法分析了在简谐激振作用下橡胶支座隔震渡槽槽-水耦合体的共振响应特性,并通过基于水体小幅晃动假设的槽水动力响应理论解进行了验证。结果表明：橡胶支座能将激振的高频分量隔离掉,使得槽-水耦合体不存在理论解所显示的高频共振问题;在接近水体一阶晃动频率的情况下容易发生共振响应;在以一阶水体自振频率的激振作用下,液面波高、动水压力、倾覆力、倾覆力矩均表现出随时间增长的共振放大现象,并且橡胶支座对耦合体的动力响应周期有一定的延长作用。本文对渡槽隔震设计选择隔震周期时,需要避开水体一阶晃动频率提供了参考依据。     

基于真空吸盘的新型振动加载技术研究及应用

传统的振动加载技术,试件通过刚性夹具与振动台台面进行连接,刚性夹具采用螺栓与振动台台面和试件进行连接。一些试验要求振动加载装置的连接不能破坏试件结构,传统的螺栓方式不能满足要求。本文研究了一种基于真空吸盘的新型振动加载技术,振动加载杆通过真空吸盘吸附在试件表面。该项技术已在垂尾结构的动态疲劳试验中得到应用。应用实践证明,这种基于真空吸盘的振动加载技术方便、可靠、安全,弥补了传统加载方式的不足。     

摩擦自激振动引起摩擦面波状磨耗的试验研究

在销-盘摩擦磨损试验机上进行金属干摩擦试验,研究摩擦自激振动对盘试件磨痕表面轮廓的影响,采用激光位移传感器测量盘试件摩擦表面轮廓尺寸,用加速度传感器测量销试件的摩擦自激振动.试验结果表明：在干摩擦状态下,销-盘系统容易发生持续的摩擦自激振动,当摩擦时间达到一定数值后,盘试件的磨痕表面轮廓会出现明显的波浪形磨耗,波浪形磨损机理主要是疲劳磨损.分析表明波浪形磨耗的波长近似等于摩擦自激振动的周期与滑动速度的乘积,由此推断摩擦自激振动引起了摩擦表面的波浪形磨耗.     

发动机薄壁盘类零件振动疲劳试验技术研究

以某发动机薄壁盘类零件为例,采用分析与试验相结合的方法进行了薄壁盘类零件振动疲劳试验方案设计与调试,验证了分析与试验方法的可靠性。并在此基础上,采用共振驻留控制方式进行了振动疲劳正式试验,获取了振动疲劳试验过程中的相关物理参数的变化规律,包括共振频率和等效应力与激振加速度量值及循环数之间的关系,并且验证了高温合金材料在高周振动疲劳服役中的材料硬化等性能,最后得到了该薄壁零件的疲劳寿命。所提出的试验设计方法、试验方法及得出的结论可为发动机薄壁盘类零件振动疲劳性能考核验证及强度性能评估提供一定的参考。     

变化外形的水线对斜拉索风雨激振的激发作用

讨论变化外形的水线对斜拉桥拉索风雨激振的激发作用.首先,建立考虑水线外形变化的斜拉桥拉索风雨激振计算模型,并将由采用变化水线外形的模型得到的拉索最大振幅与固定水线外形模型的计算结果及试验实测结果对比,对模型进行验证;在模型得到验证的基础上,进一步讨论拉索和变化水线外形的水线振动稳定性及水线对拉索风雨激振贡献.计算结果表明,在四个典型工况下,考虑水线外形变化的模型得到的拉索计算振幅固定水线外形模型能更好地与试验实测振幅吻合;理论分析发现拉索速度和水线速度的耦合作用对水线运动的激发起到主导作用;水线的加速发散发生在拉索大幅激振之前.没有水线加速发散的时程中,拉索均不发生大幅激振.     

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。     

基于变密度法的平模台振加强筋布局优化

针对混凝土预制构件水平成型振动台(简称平模台振)振动效果改进的问题,提出了通过优化振动台面加强筋布局来提高其振动效果的方法.基于变密度拓扑优化法,建立以加强筋单元相对密度为设计变量,振动台面柔度最小为目标的优化模型,并进行灵敏度分析,采用最优准则法求解优化模型;根据拓扑优化结果,对振动台面加强筋进行布局优化,获得了合理的振动台面结构.通过仿真对比,优化后的振动台面既提高了结构固有频率、强度和刚度,又实现了结构轻量化,为平模台振的设计提供了指导.     

层合板结构元件动态S-N曲线的测定方法

在确定了飞机壁板结构的动力学特性后,为预计其声疲劳寿命,传统的方法必须采用飞机壁板结构的典型结构件并通过高声强行波管试验获得这种结构的声疲劳S-N曲线.为减少试验时间和费用,利用振动台获取典型层合复合材料结构元件的振动S-N曲线以代替声疲劳S-N曲线.根据典型复合材料的飞机蒙皮壁板结构形式,利用加筋复合材料层合板设计了用于振动试验的两种结构形式的梁元件.为获得准确的试验结果,试件模拟了实际的连接形式,并用于得到εrms-N振动试验中.所有试件的试验采用相同的振动激励谱形,并在不同的随机振动量级进行试验,利用最小二乘法拟合得到的εrms-N数据.这种测试方法可用于飞机结构抗声疲劳设计的实践中.     

摆式电机振动机械动特性分析与实验研究

本文针对装有摆式激振电机的新型振动机械进行了动特性分析及实验研究。文中先建立了线性时变系统的微分方程；进而对其进行了数字仿真，得到了该系统的运动规律；并在实验中得到了验证，最后，对所研究的系统进行了参数灵敏度分析。从整个分析过程可知，对装有摆式激振电机的振动机械，只要合理设计摆杆，橡胶轴承、系统支承和电机的参数，就能使振动机械沿给定方向作稳定的简谐振动，同时所设计的系统具有较强的鲁棒性，从而证实了这种新型振动机械不仅具有经济、可靠、通用性强的优点，而且还具有良好的动态性能     

汽车摆振动力学机理研究——位移延时反馈及能量传递分析（英文）

主要分析了汽车摆振的动力学机理。通过使用解析法从理论上证明了摆振是由位移延时反馈引起的自激振动现象。利用数值分析方法揭示摆振系统的动力学机制及响应行为,验证了解析分析的相关结论。并进一步计算能量输入与能量传递的值,结果表明能量输入可以用来评价汽车摆振的动力学响应。最后根据能量传递规律提出汽车摆振的抑制措施。     

汽车摆振动力学机理研究——位移延时反馈及能量传递分析

主要分析了汽车摆振的动力学机理。通过使用解析法从理论上证明了摆振是由位移延时反馈引起的自激振动现象。利用数值分析方法揭示摆振系统的动力学机制及响应行为,验证了解析分析的相关结论。并进一步计算能量输入与能量传递的值,结果表明能量输入可以用来评价汽车摆振的动力学响应。最后根据能量传递规律提出汽车摆振的抑制措施。     

下伏隧道层状岩质边坡地震响应特性的大型振动台试验研究

针对下伏隧道水平层状岩质边坡,设计并完成比尺1∶10的大型振动台试验。试验选取汶川波、Kobe波和大瑞人工波作为台面输入地震波,研究下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度和动位移响应变化规律及地震动参数对边坡动力响应特性的影响。研究表明:在地震荷载作用下,下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度响应随着地震波类型、激振强度、激振方向、岩层相对位置等因素呈现出非线性变化特征;在X向或Z向单向激振下,边坡主要在地震波激振方向上产生动力响应;边坡的竖直加速度放大系数沿坡高呈"U"型变化,最小值出现在软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面处,软弱夹层对边坡的竖向加速度响应有较大影响。边坡的动位移响应整体上表现为:对于不同类型地震波,Kobe波双向激振下最大、大瑞波次之、汶川波最小;对于同一种地震波,双向激振时较强、单向激振时较弱。边坡软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面在耦合地震作用下易发生剪出破坏,应采取相应的预加固措施。     

液浮陀螺仪过载振动复合环境试验

为了验证航天飞行器惯性制导器件在过载振动复合环境下的环境效应和适应性能力,以液浮陀螺仪为研究对象,基于刚柔耦合的多体动力学理论,简要分析了过载振动复合环境对惯性器件的耦合影响机理。基于离心机-振动台综合离心试验平台,建立了惯性仪表过载振动复合环境试验方法,开发了惯性仪表过载振动复合环境试验专用采集系统,并开展了惯性仪表过载振动复合环境效应试验研究。试验结果表明,过载振动复合环境对惯性仪表输出值的影响具有耦合效应。因此,对惯性仪表类产品进行环境适应性考核时,应当使用与真实飞行环境更为一致的过载振动复合环境试验方法。     

一种新的振动叠加气动耦合加载技术

飞机机动飞行时,机体结构受到随机振动叠加气动的耦合载荷作用,有可能迅速产生破坏。为了考核在这种振动环境下飞机的结构强度及使用寿命能否达到设计要求,需要提供有效的地面试验验证手段和可靠的试验数据。本文研究了一种振动叠加气动的耦合载荷加载技术,通过液压球头传递振动载荷,同时通过气囊施加气动载荷,并设计进行了原理性验证试验。试验结果表明,这种耦合载荷加载技术可以避免过多改变试件自身的振动特性,同时可精确实现振动叠加气动的耦合载荷加载,真实模拟试验件的振动工作环境。此项技术可应用于现代战机的地面结构强度研究。     

简易振动台试验设备研制

为了完成多桩型复合地基抗液化性能振动台试验,利用实验室已有的反力墙和作动器,设计了一个小型的简易单向振动台系统和堆叠式剪切模型箱。堆叠式剪切模型箱内部尺寸为1200mm×800mm×772mm,由8层铝合金框架和7层橡胶条叠合而成。利用ANSYS有限元软件对模型箱及地基-模型箱进行了动力分析,并通过饱和粉细砂地基模型振动台试验验证了模型箱的效果。结果表明,所设计的模型箱能够较成功地模拟天然场地的边界条件,为多桩型复合地基抗液化性能振动台试验的顺利进行打下基础。     

近壁面柱体涡激振动的迟滞效应

柱体涡激振动是典型的流固耦合问题,其响应规律标识码在升速流动和远离壁面条件下获得的. 而自然环境流动通常不断经历升速和降速过程,近壁面柱体的涡激振动可呈现与远离标识码体不同的响应特征. 本研究结合大型波流水槽,设计了具有微结构阻尼的柱体涡激振动装置. 基于量纲分析,开展系列水槽标识码验,通过同步测量柱体涡激振动位移时程和绕流流场变化,研究了升降流速作用下柱体涡激振动触发和停振的临界速度(即上临标识码临界速度)变化规律,探究了近壁面柱体涡激振动迟滞效应. 采用自下向上激光扫射的 PIV 流场测量系统,对比分析了固定柱体标识码振动柱体的绕流特征. 实验观测表明,近壁面柱体涡激振动触发的临界速度呈现随壁面间距比减小而逐渐减小的变化趋势;但标识码速条件下的涡激振动停振所对应的下临界速度却明显小于升速时的涡激振动触发所对应的上临界速度. 采用上临界与下临界约标识码差值可定量表征涡激振动迟滞程度,研究发现该值随着柱体间距比减小呈线性增大趋势. 涡激振动迟滞现象通常伴随振幅阶跃标识码阶跃值则随着间距比减小而非线性减小.      

剪切流下发生涡激振动的柔性立管阻力特性研究

利用缩尺模型试验的方法研究了线性剪切流下涡激振动发生时柔性立管的阻力特性.文中基于光纤光栅应变传感器测得的模型应变信息,采用梁复杂弯曲理论计算了立管的平均阻力,继而分析了阻力系数沿管长方向和雷诺数的分布特性以及涡激振动对阻力系数的放大效应,并提出了用于估算柔性立管发生涡激振动时阻力系数的经验公式.结果表明:涡激振动对阻力系数有放大效应,使得立管局部阻力系数高达3.2;平均阻力系数在1.0×104到1.2×105的雷诺数区间内的值为1.3~2.0,并随雷诺数的增大而减小.本文提出的经验公式可准确估算高雷诺数下涡激振动发生时柔性立管的阻力系数,此经验公式考虑了流速、涡激振动主导模态以及主导频率对阻力系数的影响.      

离心机振动台复合环境实验系统的隔振研究

离心 振动复合环境实验系统由振动台安装在离心机机臂上构成 ,离心机提供线加速度环境 ,振动台提供振动环境 ,在振动台与离心机臂之间容易产生耦合 ,影响复合环境的实现。本文考虑将振动台垂臂安装于离心机臂上 ,根据模态试验结果 ,将离心机臂简化为单自由度系统 ,建立了振动台系统数学模型 ,分析了振动台与离心机机臂间的连接刚度和连接阻尼对隔振的影响 ,并设计了减振器 ,分析表明具有较好的隔振效果