新型应变式高膛压测试系统研制

 根据电子测压器的特点,以测压器的端盖作为弹性敏感元件,研制出了一种新型的集测压器壳体与传感器于一体的应变式高膛压测试系统。利用厚板变形理论,对电子测压器壳体的力学特性进行了理论分析,并利用ANSYS对壳体的应力、应变分布及弹性敏感元件的模态进行了仿真模拟。50～550 MPa静压标定实验结果表明,该测试系统的线性误差为0.62%,基本误差为4.6%,灵敏度为2.231 3×10^-12 Pa^-1,压力测量范围可涵盖0～600 MPa;动态实验结果表明利用该应变式测试系统测量高膛压是准确可行的。     

数控裁剪机切割刀壳体振动噪声预测分析*

高频往复式切割刀是柔性材料数控裁剪机的核心部件。该文对切割刀壳体的振动噪声改进措施进行研究。首先对切割刀进行刚体动力学分析,获取其所受动载荷情况,并通过数值计算验证了切割刀刚体动力学模型的可靠性。其次,基于有限元法获取切割刀壳体模态特性,并通过锤击激振实验验证了有限元模型的准确性。然后基于模态仿真结果进行谐响应分析,将计算得到的频域动载荷施加至切割刀壳体各螺栓固定处,获取结构加速度响应频谱,结合振动响应结果,对壳体进行声固耦合分析,并进行实验对比,验证了分析方法的准确性。最后,计算不同的阻尼措施对壳体噪声辐射的影响,为切割刀的减振降噪提供参考。     

膜迷路积水对豚鼠听觉外周系统振动特性的影响

为探究梅尼埃病引起的膜迷路积水对豚鼠听觉系统振动特性的作用机制,通过药物注射建立了内耳膜迷路积水豚鼠模型模拟梅尼埃病病理,搭建了多普勒激光测振系统对健康和膜迷路积水豚鼠听觉系统的振动特性进行测试研究,得到了健康与膜迷路积水豚鼠的听觉系统振动特性,并通过对比明确了内耳膜迷路积水对豚鼠听觉系统振动特性的影响。实验结果表明,在测试频率范围内,离体豚鼠镫骨及圆窗膜的振动特性与活体豚鼠无明显差异,离体豚鼠听觉系统振动特性与输入声压无关,镫骨及圆窗膜的振动位移与输入声压具有明显的线性关系。膜迷路积水显著降低了豚鼠听觉系统镫骨及圆窗膜的振动幅度,在低频及高频区间尤为明显,在500 Hz处镫骨最高由11.64 nm降低至2.27 nm,圆窗膜由24.97 nm降低至5.05 nm。在10 kHz处,圆窗膜最高由0.45 nm降低至0.03 nm。同时膜迷路积水导致豚鼠耳蜗传递比普遍下降,最高在1 kHz和10 kHz处分别由2.82,2.91下降至1.46,0.28。      

四边型弯张换能器特性研究及宽带设计

四边型弯张换能器通常工作带宽较窄,为了提高带宽性能,对四边型弯张换能器振动及辐射特性进行了研究,重点分析壳体结构参数对换能器发送电压响应的影响。根据分析结果提出了拓宽换能器工作带宽的方法,利用有限元软件进行了仿真计算并制作了四边型弯张换能器样机。测量得到在2.4~5 kHz的频率范围内,换能器的最大发送电压响应值达到140 dB,带内起伏4 dB,有限元仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明设计的四边型弯张换能器不仅能够低频工作,并且可以在小尺寸下实现大功率发射,同时还具备宽带发射特性。      

侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体生物动力学特性

研究了侧倾-垂向双轴激励下的坐姿人体动力学特性。测取了8名被试者在单轴随机侧倾振动下的动力学响应,通过人椅交界面处的角加速度和力矩定义了视在惯量,识别了人体在侧倾方向上位于1 Hz和2.5 Hz方向的两阶共振。随后引入垂向振动,对侧倾-垂向双轴激励下的人体响应开展频响函数分析与偏相干分析,分析了人体垂向响应与侧倾响应的耦合关系。研究发现,侧倾振动在0～10 Hz测试频率范围内对人体动力学响应特性几乎没有影响,垂向振动在两阶侧倾共振频率附近对包括模态频率、视在惯量幅值等侧倾动力学特性几乎没有影响。最后,面向侧倾与垂向振动激励,建立了人体动力学模型并识别了其中的动力学参数,实现了单一模型对双轴激励下人体响应的预测。     

复杂双层壳体声辐射性能分析

研究了加肋的环板双层壳体的振动和声辐射性能,采用经典Flugge微分算子描述壳体的运动,通过将加强构件等效为反力和反力矩加在内外壳体的表面上而引入壳体振动方程,并利用Helmholtz波动方程和壳体表面的位移连续条件来解位于内层壳和外层壳之间的环形流场,最终建立和求解了双壳体声-流体-结构耦合方程,详细讨论了双壳体参数和双壳间连接型式的变化对其声辐射性能的影响。得出了以下结论:双层壳体内外壳间距减小,内外壳的耦合作用就越强,壳体辐射声功率和表面振动均方速度级升高,外壳的“屏蔽”作用就越不明显;内外壳厚度的改变对壳体振动速度级有较大的作用,对声辐射的影响不是很明显,厚度越大,振动速度级就越低。     

合成双射流激励器振动噪声特性

合成双射流激励器工作噪声远低于合成射流激励器工作噪声, 但其噪声特性仍然限制了其应用于笔记本电脑、空调、冰箱等室内电子设备散热. 为降低合成双射流激励器整体噪声, 采用数值模拟的手段探究合成双射流激励器在不同边界条件下的振动噪声特性, 为合成双射流激励器降噪设计提供指导. 结果表明: 压电振子与壳体的振动共同影响着激励器振动噪声声压级大小; 夹持条件对振动噪声影响很大, 压电振子处于夹支条件时, 激励器的振动噪声声压级比压电振子处于简支时的激励器最大声压级低10 dB.      

水下复杂壳体结构在多源激励下的振动及声辐射特性研究

为了综合评估水下复杂壳体结构在多源激励下的振动与声辐射特性,专门设计了一个多舱段复杂壳体模型,分别进行了单台设备激励、多台设备激励的壳体振动与声辐射试验。试验结果表明,多源激励下的结构响应和辐射声场可以近似为单源激励下结构响应和辐射声场的非相干叠加。通过对激励源与结构响应、辐射声场之间传递关系的理论分析,讨论了以单源激励响应非相干叠加合成得到多源激励响应的合理性和误差。研究结果对复杂壳体结构在实际激励下的振动与噪声预报具有重要价值。      

柱壳和锥壳结构自由振动特征的数值计算与校验

为了评估柱壳和锥壳结构自由振动特征数值计算的精度,分析不同边界条件、环肋、纵肋以及流体载荷对自由振动特征的影响,计算并校验了典型壳体结构在空气中、浸没以及浸没并充满水情况下的自由振动特征。结果表明,空气中干模态分析在2 kHz内、单面及双面接触水情况下的流固耦合湿模态分析在500 Hz内的计算精度能够控制在10%以内。壳体流固耦合自由振动分析时可以采用实体单元离散也可以采用壳单元离散的方法,前者精度略高,能够有效保证求解收敛的频带范围更宽,但工作量更大。径长比大于0.2时,浸没于水中的自由振动分析可以转换为内部填充水时的自由振动分析,转换时应保证两者流固耦合湿表面积相等,如半浸水和半充满水,能够有效减小计算量;环肋和流体载荷对壳体自由振动特征的影响明显,环肋使柱壳同阶自振频率增加,流体载荷使柱壳同阶自振频率减小且影响幅度更大,两者均会使得柱壳模态振型呈现错序排列;流固耦合效应对无肋柱壳和环肋柱壳自振频率的影响效果相当;柱壳内外有水相对于单面接触水而言,同阶自振频率进一步减小,模态振型基本不变;流体载荷对环肋锥壳的自振频率和模态振型的影响幅度较对环肋柱壳小。      

一种测量弹丸膛内攻角变化的激光高速摄影系统

弹丸在膛内的攻角变化及其影响因素是发射动力学研究的重要内容,而测量弹丸膛内攻角变化则是实现此项研究的前提,并见过不少这方面的报导。本文介绍一种采用激光源及高速摄影机的测量系统。此系统的特点是:(1)能同时测量弹丸的攻角,转速及炮管的振动等参量随时间的变化规律。(2)可以实现白天拍照。(3)光路系统不用抛物面镜,使成本大大降低。调整并配置摄影光学系统,从而充分利用底片来记录所需的信息。经过射击实验,已获得了弹丸的膛内攻角曲线,证明该系统是可行的。     

水中有限长加肋圆柱壳体振动和声辐射近似解析解

加肋圆柱壳体是水下航行器的主要结构形式。将肋骨对壳体的作用简化为只有法向力,本文导出了水中有限长加肋圆柱壳体的振动和声辐射的近似解析解。其中肋骨的作用表现为在无肋的耦合振动方程中增加附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体的机械阻抗、流体的辐射声阻抗和肋骨的附加阻抗所决定。数值计算例子表明,在低频情况下,加肋对辐射声功率影响不大,但将降低表面平均振速,从而增加声辐射效率。     

激光辐照下充压柱壳的破坏能量阈值数值模拟

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应,计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场,根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻,并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响,并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明:破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系,壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。     

发射载荷下温压战斗部装药内的瞬时间隙

 发射载荷下战斗部的安全性理论是武器研究领域中的重要课题。通过发射过载数值模拟、力学分析,对温压药剂在发射过载条件下的响应规律进行了探索,为温压药剂应用于过载发射武器平台奠定理论基础。研究结果表明,发射载荷在战斗部底部和中部装药内产生的应力以压缩为主,由于战斗部壳体与温压装药的物理力学特性参数相差很大,壳体内的波速远大于温压装药的波速,因此在装药与壳体顶部的分界面处可能出现瞬时间隙,成为发射过程中出现早炸的“危险源”。     

气泡幕的声透射损失和对水中壳体减振的实验研究

通过不同放气孔径和不同放气压差所形成的气泡幕的透声实验,获得了含气浓度在大范围内变化的气泡幕透声损失与频率关系的实验资料。在气泡幕对浮于水中壳体振动的影响的实验中,得到了气泡幕对壳体振动有明显抑制作用的实验结果。     

电枢膛内高速运动控制仿真与试验

电磁轨道发射的过程中,电枢在膛内高速运动时会受到电磁力、电枢初始正压力、摩擦力、空气阻力、烧蚀阻力等多种因素影响,电枢的出口速度呈现出在一定范围内波动的特征。为了提高电枢的出口速度精度,针对膛内电枢与轨道摩擦不均衡性和烧蚀程度不确定的特性,综合考虑脉冲成形网络的电路模型与电枢的动力学特征,建立了电枢在膛内的运动开环控制仿真模型。通过仿真,得出了脉冲电源模块触发时刻与电枢出口速度之间的关系,提出了电枢出口速度闭环控制模型,探究了电枢出口速度控制可行方案。结果表明:应用闭环控制算法,可实现对电枢出口速度的精确控制。     

敷设阻尼材料的双层圆柱壳声辐射性能分析

研究了外层壳上敷设粘弹性阻尼材料的双层壳体的振动和声辐射性能,采用经典Flugge微分算子描述壳体的运动,敷设粘弹性阻尼材料的双层壳体的粘弹性阻尼层的运动用三维Navier方程描述,将阻尼沿厚度方向的位移用泰勒展开表示,利用位移和应力的连续性边界条件建立振动方程。详细讨论了阻尼层厚度、弹性模量、损耗因子及静水压缩因子等参数对双层壳体振动和声辐射的影响,表明阻尼材料的弹性模量越高,阻尼层越薄,损耗因子越小,壳体的辐射声功率越高;对于较高频率的激励,必需考虑阻尼层质量的影响,选择密度低的阻尼材料对减振降噪有利。     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件,按有无内压作用,分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明,壳体的温度场分布与光束的功率分布一致,光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心,而是位于光斑边缘处,在壳体吸收的激光功率密度超过1 000W/cm2时,壳体中应力大于材料的强度极限,壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下,壳体应力会产生局部集中,沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体,存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此,为达到相同的毁伤效果,在存在内压的情况下,可以适当的降低激光的辐照强度.     

强激光对燃烧室壳体的热-力毁伤研究

基于ANSYS有限元软件, 按有无内压作用, 分别对激光辐照下燃烧室壳体的温度场、热应力、应变与损伤进行了计算与分析.分析表明, 壳体的温度场分布与光束的功率分布一致, 光斑中心温度最高.壳体中应力最大值不在光斑中心, 而是位于光斑边缘处, 在壳体吸收的激光功率密度超过1 000 W/cm²时, 壳体中应力大于材料的强度极限, 壳体均会发生软化.在存在内部燃气压力的情况下, 壳体应力会产生局部集中, 沿壳体环向表面通过光斑中心中轴线区域很有可能裂口;相比较无内压的壳体, 存在内压的壳体中的应力和产生的形变均大于无内压时的壳体.因此, 为达到相同的毁伤效果, 在存在内压的情况下, 可以适当的降低激光的辐照强度.     

斯特林制冷机中压缩活塞振子与排出器振子相互影响的研究

从振动力学的角度来看 ,斯特林制冷机的工作实际上是压缩活塞振子与排出器振子两个振动系统的耦合与匹配 ,两振动系统的相互影响特性对提高整机性能具有非常重要的意义。文中首先给出了压缩活塞振子与排出器振子两个振动系统相互影响特性的理论分析 ,其次对二者相关影响特性的试验研究结果与模拟结果进行了对比分析和讨论     

考虑弯曲和轴向振动模态的一维梁压电阻抗模型及试验研究

同时考虑一维梁结构的弯曲和轴向振动,对其压电阻抗模型进行建模分析和试验验证。在0.02～42 kHz频段内区分并标记了一维钢梁弯曲振动模态前18阶及轴向振动模态前3阶。结果表明:在0.02～7.5kHz频段内,数值计算和试验结果中谐振峰对应频率的相对误差较大:11.7%～16.5%,其原因可能是低频时振动能量较低且波的传播受结构阻尼、边界条件及环境噪音等因素影响较为明显;在7.5～42kHz范围内,两者谐振峰位置符合良好,相对误差较小:0.11%～2.31%,表明该模型在高频段具有较好的适用性;轴向振动模态对应频率大于弯曲振动模态。本研究为结构健康监测过程中检测频段的选取及损伤信息的提取提供参考。