MEMS环形谐振陀螺的结构设计与振动特性分析

针对环形谐振陀螺谐振结构特性参数相同、检测灵敏度高、温度与抗干扰特性好等特点,提出了一种新颖的S形挠曲支撑梁的电容式环形谐振陀螺。其环形谐振子的刚度系数、固有频率等振动特性参数是陀螺结构优化、模态控制、驱动与检测电路设计的主要理论参数。为了得到该陀螺精确的谐振子特性参数,基于角度敏感原理、谐振结构的材料力学性能与机械振动特性,推导了谐振结构的等效刚度系数与固有频率的理论模型,并且分别进行了有限元仿真分析与样机频率特性测试。结果表明该理论模型计算的固有频率与有限元分析的误差为7.0820%,与样机实际测试的误差为3.9035%,证明了理论模型的正确性,为该陀螺的进一步研究提供了理论依据。     

超声速复合材料层合壁板结构的颤振特性分析

对超声速复合材料壁板结构的气动弹性颠振特性进行了分析研究.采用Hamilton原理和假设模态法建立结构的运动方程,采用活塞理论模拟超声速非定常气动力,通过求解本征值问题,得到结构的固有频率和阻尼比等物理量.数值计算了结构无量纲固有频率随气动压力的变化曲线,确定颤振临界气动压力(或颤振速度),并计算了结构的受迫振动时间响应历程曲线,分析比较了不同纤维铺设方式和不同铺设角度对超声速复合材料壁板结构气动弹性稳定性的影响.本文研究结果对超声速飞行器壁板结构的气动弹性稳定性分析和设计具有理论参考价值.     

主动约束层阻尼对超声速梁结构颤振特性的影响

本文采用主动约束层阻尼技术研究超声速梁的颤振特性,利用Hamilton原理和假设模态方法建立结构的运动方程,采用活塞理论模拟超声速梁的气动压力,采用速度负反馈控制获得主动阻尼,求解本征值问题得到复特征值,进而得到结构的固有频率和损耗因子.计算结构的固有频率随无量纲气动压力的变化曲线,得到颤振点,分析了主动阻尼和被动阻尼对颤振速度的影响.计算结果表明主动阻尼可以影响梁的气动弹性特性,并增大超声速梁的颤振速度.本文研究结果对超声速飞行器结构的颤振分析和气动设计具有重要意义.     

谱元法研究桁架结构的振动带隙特性

采用谱元法研究了桁架周期结构的带隙特性.从杆和梁的运动方程出发,推导出与频率相关的插值函数,得到了杆单元和梁单元的动力学刚度矩阵.在频域下将铰结构考虑为一个谱单元,并推导出铰单元的动力学刚度矩阵.将杆/梁单元和铰单元加以整合得到整体结构的动力学刚度阵,进而建立整体结构的运动方程.通过求解整体结构的动力学方程,获得结构的频域响应,进而研究结构的带隙特性.本文将谱元法求解得到的固有频率结果与有限元法进行了对比,分析了单胞数量和材料的变化对结构带隙特性的影响,拓展了谱元法的应用领域.     

基于非均匀梁模型的二维柔性机翼固有振动分析

变体飞行器通过光滑连续的结构变形改变气动特性,从而提高飞行器的飞行性能,具有很大的应用前景.由于这类新概念飞行器主要通过改变自身结构形状以获得最佳工作性能的需求,因此具有变形大、质量轻等特点,较容易发生结构振动响应.本文研究了一种以柔性变后缘作为变体形式的二维柔性机翼等效建模方法,基于非均匀梁模型假设,建立了该柔性翼的动力学模型.通过利用Frobenius方法得到解析解及固有频率,并用有限元方法进行对比验证,发现前4阶固有频率的误差均在1%以内,每阶固有频率对应的振型一致.通过3D打印工程塑料ABS和硅胶蒙皮材料制备了柔性机翼结构件,并通过动态测量法和拉伸试验分别测定了打印材料和硅胶蒙皮材料的杨氏模量,搭建振动响应实验平台对制备的柔性机翼试验件进行振动试验.对比发现模型振动试验获得的基频与理论模型结果一致,并与有限元方法误差在3%以内.本文通过理论分析和实验验证,建立了二维柔性机翼等效建模方法,研究结果将为柔性变后缘结构动力学特性分析及其控制应用方面提供理论支持.     

环形桁架结构模态实验及有限元仿真分析

针对大型可展开环形桁架天线结构开展了模态实验和有限元仿真分析。首先设计加工了环形桁架实验模型,采用锤击法对自由边界条件下环形桁架结构进行了实验模态分析,得到环形桁架结构的前六阶固有频率及其对应模态振型,并通过模态置信准则对实验结果进行了可靠性分析。其次,建立了环形桁架实验模型的有限元模型并进行模态分析,仿真得到其前六阶固有频率和模态振型。最后详细对比分析了实验结果与有限元仿真结果。结果表明:二者固有频率误差小于5%,且实验模态振型与有限元仿真模态振型一致,证明了本文分析结果真实可靠;同时,分析得到了环形桁架结构第一、二阶振型为椭圆形,第三、四阶振型为三角形,第五、六阶振型为四边形。     

有多阶固有频率要求的组合结构设计

在各子结构的振动固有特性（固有频率、振型）已知下，通过设计子结构间的连接元件，使得组合结构的多阶固有频率得到满足。在组合结构动力重分析中，以各子结构的剩余附着模态作为其保留模态的补充，进行模态缩减，保证了计算的精度，提高了计算速度。对具有刚体模态的子结构采取了移频处理技术。文中给出的两个设计计算实例，表明了本文方法的有效性。     

基础激励测试结构动力特性精度研究

结构动力特性决定结构在动力荷载作用下的动力响应,对结构的动力破坏与安全具有重要意义.精确测试结构动力特性参数是其研究的一个重要方面.采用基础激励的方法测试结构动力特性是一种行之有效的方法.通过实验的方法研究了基础激励测试结构动力特性的精度.实验结果表明,结构动力特性参数在实验范围内不受激励幅值大小的影响;基础激励频段范围对结构的振型影响不大,但对频率与阻尼比的影响很大;只要基础激励的频段包含所要测试的结构固有频率,就能精确测试出结构此阶的频率与阻尼比;如基础激励频段不包含所要测试的结构固有频率,则不能精确测试出结构此阶的频率与阻尼比.因此在使用基础激励方法测试结构动力特性时,应使基础激励的频段包含所要测试的结构固有频率.     

结构动力学在桥梁工程应用中若干问题研究

结构动力特性被广泛应用于桥梁结构技术状态评估中,由此涉及到一些动力学基本概念的理解和应用的问题尚待深入探讨.本文就周期信号基频与结构第一阶固有频率的关系、结构各阶位移模态的贡献与模态应变能的关系、结构自由衰减响应及其在结构阻尼识别中的应用、结构无阻尼固有频率与有阻尼固有频率的关系及其应用等问题进行了辨析,特别是结合桥梁的检测、桥梁荷载试验与状态评价等有关应用技术问题进行了分析.     

关于国际模态分析会议

在航空航天器、车辆、船舶、海洋工程、机床、动力机械、土建工程等结构系统的发展中,振动问题在分析、设计、使用过程中日益重要,结构动力特性的确定成为动态设计的核心环节。所谓模态分析就是用分析或试验的方法来确定结构系统的固有频率、阻尼系数和振型等模态参数的过程。广义的模态分析还包括试验与分析方法的结合。结构动力学修改,结构系统数学模型的建立,并用于分析系统的动力响应、稳定性以及振动控制。     

CAE技术在井架设计中的应用

应用GAE技术，针对ZJ30／1700CZ钻机井架分别进行了静态分析及在自然状态和有钩载情况下的模态分析，为合理设计钻机井架结构提供了理论依据。通过分析计算，可以看出：所设计的井架的静态强度满足要求；经动力再设计后的井架固有频率与钻机的设计工作转速相差较大，达到工程要求，表明修改后的井架设计方案合理。     

精密离心机结构动静态特性计算

精密离心机是测量和标定加速度计的重要设备，而加速度计的精度直接关系到运载体的导航精度，本文结合精密离心机的机械结构设计，利用结构分析的有限元方法，对离心机结构设计的方案进行了详细的结构动静态特性分析计算，得出了精密离心机的动静态特性。     

Performance of Rubberized and Hybrid Rubberized Concrete Structures under Static and Impact Load Conditions

In this study, rubberized concrete samples were prepared by partial substitution (5 %, 10 % and 20 % replacements by volume) of sand by waste crumb rubber, and tested under impact three-point bending load, as well as static load. Three types of specimens (size 50?×?100?×?500 mm) namely, plain concrete, rubberized concrete, and double layer concrete (with rubberized concrete top and plain concrete bottom) were loaded to failure in a drop-weight impact machine by subjecting to 20 N weight from a height of 300 mm, and another three similar specimens were used for the static load test. In both the tests, the load–displacement and fracture energy of each specimen were investigated. Finite-element simulations were also performed to study the dynamic behaviors of the samples, by using LUSAS V.14 software. It was noticed that, the impact tup, and inertial and bending loads increased with the increase in the percentage of sand replacement by crumb rubber. It was interesting to observe that these effects were more significant in the double layer specimen compared to the plain and rubberized concrete samples. The static peak bending load always decreased with increase of rubber in the mix. In general, the strength and energy absorbing capability of rubberized concrete was better under impact loading than under static loading. The simulated load against displacement behaviors of all the samples were validated by the experimental results.     

机床结构结合面静态特性研究与内聚力模拟

针对机床结构中的平面结合面,通过实验分析了结合面在均布面压作用下的结合面法向变形与平均压力的关系;将结合面表面简化为半圆弧和正弦曲线两种微观形貌,利用有限元方法模拟结合面的接触变形力学行为,计算结果显示半圆弧形貌接触分析结果与实验结果较为接近.从结合面作用的物理本质出发,将结合面的相互作用等效为内聚力效应,利用内聚力模型分析了结合面的静态力学行为;内聚力模型计算结果与实验结果吻合较好.     

自适应Kriging近似模型及其在二维扩压器优化设计中的应用

将均匀设计方法、CFD技术、Kriging近似模型及小生境微种群遗传算法相结合发展了一种自适应全局优化设计方法.优化过程中综合考虑Kriging模型的预测值与预测标准差,引入了EI(Expected Improvement)函数得到校正点,解决了采用近似模型最优策略得到校正点带来的局部收敛问题.分别采用该方法和小生境微...     

大型相控阵天线结构保型设计研究

针对某大型相控阵天线自重大、表面精度要求高、加强筋安装位置受限的特点,本文进行相控阵天线阵面保型的结构方案设计.考虑到加强筋安装位置和型材受限,提出了连续化过滤函数,使得型材变量与连续变量进行映射,将离散变量拓朴优化转换为连续变量拓朴优化求解,提高了求解效率,降低了求解的规模.同时,为降低支腿驱动力,以调整机构条件数为目标进行铰节点的布局优化,并进行了静、动力的计算,确定了支腿最大驱动力.对某大型相控阵雷达进行了案例验证,收到满意的结果,并且该方案将应用到工程实际中.     

数控机床电机散热温度场的数值模拟研究

电机作为数控机床的核心部件,其性能影响着机床主轴系统的精度、电机效率和使用寿命．因此,合理设计高速电机的结构使其处于最佳的温度场,了解电机在运行过程中各空气区域内的速度及温度分布非常重要．本文以某机床的电机定转子作为研究对象,利用CFD软件对转子通风道的设计方案进行数值模拟,通过数值模拟分析电机内部的流场温度场及流场分布．根据模拟结果进行优化设计,在转子和定子之间进行单排孔和双排孔的优化方案设计,通过温度分布确定最佳设计方案,为电机转子通风道的散热优化设计提供有意义的参考．     

Flatness-Based Control of Parallel Kinematics using Multibody Systems – Simulation and Experimental Results

The development of new machine tools such as parallel and hybrid kinematics leads to new challenges in the design and control of such machines in comparison to conventional ones. Parallel kinematics exhibit inherently nonlinear dynamics over the whole workspace, machine vibrations become important as a lightweight design is used and independently controlled drives become infeasible due to the parallel setup. Advanced nonlinear position control methods such as the presented flatness-based design show the potential to significantly increase the machine tool performance. In this paper simulation results are presented for a high performance machine tool and nonlinear flatness-based position control. Experimental measurements and simulation results for a test machine proof that with the nonlinear controller the trajectory error can be reduced considerably compared to the standard linear controller.     

基于POD和代理模型的静气动弹性分析方法

静气动弹性问题考虑弹性结构与定常气动力间的相互耦合作用,对飞行器的性能和安全具有显著的影响.在现代飞行器设计阶段,计算流体力学(CFD)/计算结构力学(CSD)直接耦合方法是精确考察静气动弹性影响的重要手段.然而,基于CFD技术的气动力仿真手段在耦合过程中计算量大且耗时长,难以满足设计阶段的需求.因此,为了兼顾计算精度与效率,文章采用本征正交分解(POD)和Kriging代理模型相结合的模型降阶方法,替代CFD求解过程并耦合有限元分析(FEA)方法,建立了高效、准确的静气动弹性分析框架.相较于传统的以模态法为主的静气动弹性分析方法,该方法能够解决更为复杂的静气动弹性问题以及提供静气动弹性变形过程中的气动分布载荷.针对典型三维跨声速HIRENASD机翼模型开展的马赫数、迎角变化的算例验证表明:由建立的静气动弹性分析方法与CFD/CSD直接耦合方法计算得到机翼翼梢处的静变形量间的相对误差在5%以内;同时该方法预测静平衡位置处的气动分布载荷的误差在5%以内,静气动弹性分析的计算效率至少提升了6倍.     

新型立式动平衡机的设计与分析

在分析传统的双面立式动平衡机的振动结构的基础上，设计了一种新的立式动平衡机的振动结构(即摆架)，采用新摆架结构的动平衡机可以实现静不平衡和偶不平衡的有效分离。文中详细分析了新摆架结构的特点，并在ANSYS7．0平台上对摆架进行了有限元模态分析和谐响应分析。由于新的摆架结构采用多块簧板，在多个部位刚度匹配，且采用多个传感器安装于测量点处，这样新的动平衡机可以直接测量静不平衡和偶不平衡，且相互影响极小。实践证明：采用新摆架结构的动平衡机特别适合于飞行物体的惯性测量，且克服了传统的双面立式动平衡机长期以来平面分离不佳的缺点，具有很高的推广价值。