电梯轿厢-导靴-导轨耦合振动建模与仿真分析

导靴是连接轿厢和导轨的纽带,本文从轿厢导靴导轮-导轨及挡板-导轨的接触出发,推导了接触刚度系数用于计算接触力．建立了一种较为实用的电梯轿厢、导靴和导轨耦合振动的动力学模型,计算了系统在导轨支架多点激励作用下的水平振动响应．结果表明,该模型可以较好的模拟导轮-导轨及挡板-导轨的接触分离现象;电梯运行时,导轨刚度变化产生的参数激励明显放大导靴与导轨的接触力及脱离量,运行速度的影响非常显著．     

高速电梯系统时变动力学模型与分析

以往关于电梯系统的研究指出，引起电梯系统振动的主要原因在于外部激励－由曳引机，承重装置，拖动和控制系统等引起。这是基于经典的结构共振理论得出的结论，但不能解释某些电梯的振动行为。本文从时变结构力学的观点出发，计及电梯曳引钢丝绳的长度随时间变化，建立起电梯系统的变刚度动力学模型，采用解析方法给出了高速电梯弹性振动的位移和加速度响应表达式。从理论上证明作为时变系统的电梯，具有振荡运动的特征，存在由变刚度引起的自激振动。进一步研究表明，电梯提速意味着曳引钢丝绳的初始扰动增大，导致电梯振动的加速度也增大，对电梯的舒适性有负面影响。     

行波型超声波电机摩擦特性的实验研究

超声波电机是通过逆压电效应产生高频振动并通过摩擦实现驱动的电机,其定转子摩擦接触面的高频、微幅的行波振动有其特殊性,跟以往的摩擦接触显著不同,并对电机的换能效率、电机寿命和摩擦材料的选择等都有影响.本文建立了超声波电机定转子接触面摩擦系数测量装置,通过试验比较了摩擦接触面在常规、定子驻波振动以及行波振动下的动态摩擦系数,分析了定子相对转速(速度)、预紧力以及温度对定转子接触面摩擦系数的影响.根据摩擦二项式和电机定转子表面弹塑性接触状态对摩擦系数与预紧力等的对应关系进行了说明,分析了驻波振动和行波振动的超声减摩效果以及温度对摩擦系数的影响,确定了适合行波型超声波电机的摩擦系数计算模型.超声波电机的驱动摩擦特性是1项基础性工作,有助于行波形超声波电机设计、建模和驱动控制等.     

COMPUTATIONAL METHOD FOR DYNAMICS SIMULATION OF PAYLOAD SEPARATION FROM SATELLITE WITH RAIL CLEARANCE

传统在轨分离载荷动力学分析未考虑实际导轨的实时接触,无法准确分析分离时刻载荷的速度和角速度。针对半圆形双导轨,研究了空间导轨与定向器接触的特点及形式,基于分离装置的几何构型提出了一种确定发生相对轴向运动时导轨与定向器潜在接触对的方法,所提方法考虑了载荷轴线与导轨轴线的空间夹角,保证了分离后期接触检测的准确性,并可推广至多导轨接触计算。基于Lankarani与Nikravesh的连续接触力模型计算法向碰撞力,采用修正的Coulomb模型计算切向摩擦力。最后对飘浮基挠性航天器在轨分离载荷模型进行数值分析,验证了方法的有效性。结果表明导轨间隙增大了接触碰撞力,且随间隙的增大垂直于载荷分离方向的速度和角速度增大,导轨间隙使基座的转动与挠性附件强烈耦合,对航天器的稳定性造成影响。     

大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法研究

建立大型复杂圆柱壳中高频振动噪声仿真计算方法,对于解决船舶和飞机等大型复杂结构的辐射噪声预报问题具有重要意义。介绍了完美匹配层流固耦合计算方法,并成功应用于大型复杂双层圆柱壳的水下辐射噪声预报,相对于传统的声学流固耦合有限元和边界元计算方法,使外部流场域模型至少缩小了11/15。探讨了环频率和阻尼对圆柱壳结构振动传递的影响,提出了求解中高频声学问题时大型圆柱壳复杂结构仿真建模处理方法。数值算例表明,发展的PML方法和模型简化方法是合理的,可应用工程问题研究。     

高频扭转振动对钻井过程破岩特性的影响研究

为了研究高频扭转振动钻井对PDC(Polycrystalline Diamond Compact)钻头破岩的影响,基于弹塑性力学和机械振动原理,分别建立切削齿的切削模型和岩石的振动方程,并指出了岩石的响应特点。通过岩石的应力-应变试验,得到了岩石的等效塑性应变率与岩石剥落之间的关系。依据现场试验与分析计算,研究了高频扭转振动频率对钻井机械钻速的影响。研究结果表明:当钻井扭振频率为岩石的共振频率时,岩石的塑性应变率为1.5%,钻井的机械钻速为6.3mm/s。研究方法与结论对于利用高频扭振提高破岩效率研究具有重要的应用意义。     

考虑间隙反馈控制时滞的磁浮车辆稳定性研究

常导磁吸型(EMS)磁悬浮列车在悬浮控制中的每个环节,时滞是不可避免的,当时滞超过一定程度后,系统有可能失稳.本文针对EMS磁浮列车控制环节的临界时滞与车辆参数(如运行速度、反馈控制增益、导轨参数和悬挂参数)的关系开展研究.建立了磁浮车辆/导轨耦合动力学模型,车辆包含1节车辆和4个磁浮架,考虑车辆的10个自由度,每个磁浮架上包含4个悬浮电磁铁.导轨模拟为一系列简支Bernoulli-Euler梁,采用模态叠加法对导轨振动方程进行求解.采用传统线性电磁力模型实现车辆和轨道的耦合.采用比例-微分控制算法对电磁铁电流进行反馈控制,实现车辆稳定悬浮,并假设时滞均发生在控制环节,且只考虑间隙反馈控制环节的时滞.采用四阶龙格库塔法对耦合系统动力学方程进行求解,编写了数值仿真程序,计算得到车辆导轨耦合系统在考虑间隙反馈控制时滞时的响应.将系统运动发散时的时滞大小视为临界时滞,开展了参数规律影响分析.通过分析,给出了提高时滞条件下车辆稳定性的方法,包括增大导轨的弯曲刚度和阻尼比,减小间隙反馈控制增益并增大速度反馈控制增益,以及增大二系悬挂阻尼.      

在干摩革命擦和46号油润滑条件下滑动导轨副的爬行性能研究

针对金属切削机床（特别是数控机床）等机械设备中工作台沿着导轨低速运动时发生的爬行现象，建立了模拟滑动导轨副的试验台架．利用这种试验台架分别在于摩擦和４６号油润滑条件下，对滑动导轨副的爬行性能进行了模拟试验研究与考察，并且讨论了接触压力对具有固体润滑徐层的滑动导轨副防爬性能的影响．结果表明，摩擦引起法向接触振动导致摩擦系数随着滑动速度的增加而下降是产生爬行的直接原因，不同接触压力下固体润滑涂层滑动导轨副发生爬行的程度不同，在此基础上，提出用Ｌ＝μ静／μ动作为评价滑动导轨副防爬性能的准则：Ｌ＞１．００时的防爬性能差，Ｌ在０．９６－１．００之间时的防爬性能一般，Ｌ≤０．９５时的防爬性能良好．此外，还针对性地提出了防爬措施．     

考虑间隙反馈控制时滞的磁浮车辆稳定性研究

常导磁吸型(EMS)磁悬浮列车在悬浮控制中的每个环节,时滞是不可避免的,当时滞超过一定程度后,系统有可能失稳.本文针对EMS磁浮列车控制环节的临界时滞与车辆参数(如运行速度、反馈控制增益、导轨参数和悬挂参数)的关系开展研究.建立了磁浮车辆/导轨耦合动力学模型,车辆包含1节车辆和4个磁浮架,考虑车辆的10个自由度,每个磁浮架上包含4个悬浮电磁铁.导轨模拟为一系列简支Bernoulli-Euler梁,采用模态叠加法对导轨振动方程进行求解.采用传统线性电磁力模型实现车辆和轨道的耦合.采用比例–微分控制算法对电磁铁电流进行反馈控制,实现车辆稳定悬浮,并假设时滞均发生在控制环节,且只考虑间隙反馈控制环节的时滞.采用四阶龙格库塔法对耦合系统动力学方程进行求解,编写了数值仿真程序,计算得到车辆导轨耦合系统在考虑间隙反馈控制时滞时的响应.将系统运动发散时的时滞大小视为临界时滞,开展了参数规律影响分析.通过分析,给出了提高时滞条件下车辆稳定性的方法,包括增大导轨的弯曲刚度和阻尼比,减小间隙反馈控制增益并增大速度反馈控制增益,以及增大二系悬挂阻尼.     

高速电梯机械系统KED分析与动态性能优化

建立了高速电梯机械系统的运动微分方程，对运动微分方程提出了基于ＫＥＤ分析的求解方法。为了改善高速电梯动态性能，在电梯机械系统ＫＥＤ分析的基础上，提出了一种以降低轿厢最大振动加速度幅值为目标的动态性能优化方法。用本文方法对ＴＫＪＴ１００／１．６－ＪＸＰＣ型电梯进行了ＫＥＤ分析与动态性能优化，得到了令人满意的结果。     

柔性轮对的离散时间传递矩阵法建模及垂向振动

针对铁道车辆轮对系统的弹性振动及台架高频激振试验仿真问题, 以离散时间传递矩阵法建立了柔性轮对振动模型. 基于Newmark-β隐式法积分格式推导了分布质量弹性轮轴、集总质量车轮及弹簧-阻尼单元的离散时间传递矩阵, 采用Riccati法、Newmark-β法实现轮对系统垂向振动加速度以及速度、位移的求解, 将轮对模型与采用新型显式积分法求解的构架、轨道轮组动力学模型集成, 完成机车车辆单轴滚振试验台的动力学建模, 提出了混合积分模式下动态仿真求解流程. 基于滚振试验台, 开展了轨道轮初始表面粗糙度、打磨多边形及局部凹陷状态下300 ~ 400 km/h高速运行试验, 同步开展了相应的动力学仿真, 通过在时域-频域对测试和计算结果的比较, 检验了理论模型. 结果表明, 在振动加速度的时域-频域特性和幅值分布上, 单轮对柔体模型总体能够较好反映500 Hz频率下系统的中高频振动规律, 有效捕捉车轮不圆、多边形磨耗、局部凹陷等动态激扰, 三种轨面状态下计算的轴箱加速度幅值误差总体低于9%, 模型具有较好的适应性和准确性. 但相关建模方法如何在复杂空间结构中应用需要进一步探索.      

钢轨轨底垂直振动模式导波检测技术的实验研究

现有铁路钢轨超声探伤车技术无法检测线路钢轨轨底缺陷,给铁路运输安全带来很大隐患.本文开展了钢轨轨底超声导波传播特性和垂直振动模式导波检测技术研究,采用半解析有限元方法分析了我国60型钢轨轨底的各振动模态导波频散曲线和波结构.应用模态锤技术对自由状态钢轨轨底垂直振动模态导波传播特性进行了实验测量,结果表明,在0～100kHz频率范围内,钢轨轨底垂直振动模态优势模式与厚度为14 mm板中的A0模式兰姆波具有等效性.进一步研究了激励频率、激励脉冲周数、传播距离对轨底垂直振动模态导波传播的影响,设计了导波斜探头,选择合适的参数在钢轨轨底激励出垂直振动模态导波并检测出了轨底的人工缺陷.本文的研究结果为线路钢轨轨底的导波检测技术奠定了一定的基础.     

基于实验研究的轧机垂扭耦合振动分析

以承钢1780热连轧机组的R1为研究对象,依据多自由度系统振动理论,提出了一种垂扭耦合动力学模型的建模方法,建立了R1的垂扭耦合振动微分方程;并结合现场实测数据,确定了系统的耦合系数;分别计算了该轧机垂振、扭振、垂扭耦合振动的固有频率,并进行了比较。分析了考虑耦合振动系统时,轧机固有频率的变化情况,给出了R1垂扭耦合振动的前15阶固有频率。通过对咬钢激励情况下垂扭耦合系统的动态响应分析,分别计算了上下辊系扭振与垂振的最大振幅。通过对振动幅值的比较,论证了扭振与垂振之间的影响程度,并通过现场实测对理论分析结果进行了验证。     

轨道系统高频振动分析的动态子结构法

提出了包含钢轨断面弹性变形、轨下不连续支承、横垂向交叉导的轨道高频振动分析模型。根据轮轨特点,提出适合轮轨高频振动分析的阻抗聚缩法。预测结果与试验结果吻合较好。分析表明约８００Ｈｚ以下,钢轨振动表现为整体振动,再高频率钢轨发生断面弹性变形的振动。我国轨道系统第一、第二、阶二振频率分别为１５０Ｈｚ和３２０Ｈｚ,ｐｉｎｎｅｄ－ｐｉｎｎｅｄ共振频率的１２８０Ｈｚ。     

不同温度力下无缝线路钢轨振动特性分析

根据能量法和Timoshenko梁理论,运用振型叠加法建立轴向载荷作用下无缝线路钢轨谐响应有限元模型,分析了不同温度力作用对轨道结构钢轨振动特性的影响。在理论分析的基础上,通过建立实验模型对不同温度力作用下轨道结构钢轨振动特性进行了实验研究,并与理论分析进行了对比。结果表明所建立的理论模型能够比较全面地反映无缝线路结构在温度力作用下的主要振动特征,对应用振动特性来研究无缝线路的温度力和预测其安全可靠性有一定的指导作用。     

振动频谱再分析的模糊模式识别法

本文首先讨论工程振动信号频谱再分析技术,针对所存在问题,提出模糊式识别再分析方法,以滚动轴承振动成因研究中的谱分析为例,具体介绍了频谱的峰值频率分布模式,模糊子集及隶属函数的确定,以及综合评判的识别过程,最后给出一具体计算结果。     

低频振动波在砂土层中的传播衰减规律研究

压路机高铁路基在建设过程中产生低频振动的振动波,在周边砂土层的传播扰动对周边房屋造成损伤.本文采用DA&P-B01型数据采集分析系统和配套的891-2拾振器,在不同距离处布置测试点进行振动试验,得到各测试点的时程变化曲线并加以分析,运用符合率结合前人研究成果验证本次实验的正确性.结果表明:低频振动波在砂土层中的峰值频率相同,振动速度、加速度、能量同距离的递减曲线为指数函数与幂函数的共同作用,且衰减速率与距离呈递减关系.本试验得到的结论可为同一地质条件的施工以及振动影响范围预测提供理论参考,为日后深入研究奠定基础.     

ANALYTICAL STUDY ON GROUND VIBRATION INDUCED BY MOVING VEHICLE 1)

本文从汽车动力学出发,建立 1/4 汽车与半空间地基耦合振动的动力学模型,并采用弹性滚子接触模型来反映轮胎包容性. 模型中同时考虑轮-地之间的纵向和竖向作用力,构建系统动力控制方程,利用 Fourier 和 Laplace 积分变换进行求解,推导出地表振动位移的解析解. 在数值算例中,利用离散傅里叶逆变换和 Crump 法进行数值反演,得出地表振动位移的空间分布,由此讨论了轮胎着地长度和轮-地相互作用力的变化规律,并对地表振动位移的参数影响作出分析. 结果表明,地面不平度对轮-地之间作用力的影响最为显著,地面越不平顺则轮-地作用力和地表振动位移越大. 车速对轮-地作用力的大小影响有限,但对载荷激励频率影响较大,车速增大则激励频率增大,地表振动位移随之增大. 在较低车速时,轮胎包容性对轮-地作用力和地表振动产生一定影响,轮胎充气压力增大,轮-地作用力和地表振动位移增大,但随着车速升高,这种影响将逐渐消失.