倍频激励双转子振动同步机理与实验研究

振动筛作为第一级钻井液净化设备, 其筛分性能直接决定后续固控系统的生产效率. 针对在筛分工程中由相同驱动频率激励的振动系统所表现出的单一振动特性难以与筛面上的物料粒度相匹配, 从而引发筛孔堵塞的问题, 本文提出了倍频激励双转子自同步振动系统. 首先根据数学模型运用广义Lagrange公式建立多自由度振动系统的运动微分方程, 并引入复变函数求解箱体的稳态幅值响应; 其次探明了振动系统实现倍频同步的前提条件和稳定性评估标准; 然后通过数值计算定量地讨论转子间的倍频动力学特征与系统结构参数之间的关系, 并结合Runge?Kutta算法建立振动系统的多自由度机电耦合动力学仿真模型, 详细讨论转子与箱体间的倍频同步机理; 最后设计实验样机, 针对系统在不同工况下的动态特性和同步运动状态展开实验测试, 进一步验证理论研究和计算机模拟的正确性. 研究表明, 系统的倍频同步能力指数随安装距离的不断增加而接近于零值附近, 此时高频转子与低频转子获得稳定同步振动的可能性越来越高; 电机同步状态几乎不受弹簧刚度的影响, 但稳态相位差值在单周期内会随激振器安装倾角和距离的变化而逐渐减小并趋于在一个恒定值. 研究成果不仅对石油工业新型振动筛系统的研制具有重要的参考价值, 也将促进其他同步振动机械的发展.      

摩擦力对偏心转子底座运动的影响

偏心转子惯性力引起的底座运动受到地面摩擦的影响,与光滑情形的理论结果存在定性差异。转子逆时针匀速旋转的惯性力若小于构件总重,则底座随摩擦因子增加而出现连续、一次停顿和两次停顿的振动及完全静止的4种状态。因惯性力对正压力及摩擦力的影响,底座在连续及一次停顿的振动时右向位移较大;而底座跳起时如``蛤蟆夯'则整体向左移动。     

电动汽车电驱动系统振动特性分析

论文以某电动汽车为研究对象,采用理论与数值相结合的方法对电动汽车电驱动系统的振动特性进行研究．首先将整车模型划分为转子、定子、副车架、车身子结构及多个连接子结构;然后给出了电驱动系统电磁转矩和电磁径向力的解析表达式,采用模态综合法建立整车的非线性动力学模型,并对其响应特性进行分析．为了验证模型的正确性,论文还采用有限元法对系统的动力学特性进行仿真,仿真结果与理论结果具有较好的一致性;最后采用该模型分析了极弧系数和气隙长度对电驱动系统振动特性的影响以及电机悬置对车身振动的影响．论文研究对认识电动汽车电驱动系统的振动特性具有重要的促进作用．     

水轮发电机转子偏心引起的非线性电磁振动

由于机械和电磁相互耦合,水轮发电机的电磁振动具有强非线性特征。根据不平衡磁拉力与转子偏心的非线性函数关系,通过简化的各向同性的单圆盘转子系统,建立了水轮发电机转子电磁振动的非线性系统。利用非线性振动理论的多尺度方法,从理论上分析了该系统强迫振动的稳态响应,进而研究了水轮发电机转子偏心引起的电磁振动。研究发现不平衡磁拉力使系统的涡动频率下降,使运动的中心发生变化;并且会引起两倍转频的振动。最后用模型转子仿真试验的结果验证了这些理论分析的结论。     

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。     

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     

开闭裂纹转子的弯扭耦合振动研究

以水平放置的Jeffcott裂纹转子为研究对象,建立了开闭裂纹转子弯扭耦合振动的非线性运动微分方程,并用数值方法分析了纯弯曲振动与弯扭耦合振动情况下转子的动力响应.结果表明:弯扭耦合振动是由转子质量的偏心和转子自重的共同作用而产生的,当质量偏心很小时可以不考虑扭转振动的影响.当偏心较大时,扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分,且由于裂纹开闭的作用,使扭转的耦合作用存在一个范围.随裂纹深度的增加,扭振影响的转速下限就会越低,但当裂纹较深、转速较快时,扭转对弯曲振动在作用范围内有明显的影响,使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化,且对转速的变化极为敏感.因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视.     

MEMS振动陀螺驱动模态稳幅特性与控制

微机电哥氏振动陀螺控制系统分析主要包括驱动模态和检测模态两个部分.对于微机电哥氏振动陀螺驱动控制多采用类比LCR振荡电路的间接分析方法,不能精确定量的分析微机电哥氏振动陀螺驱动稳幅控制的系统特性与控制参数,也未能明确提出微机电哥氏振动陀螺的驱动稳幅回路对象模型及其特点;针对这一问题,采用脉冲响应函数法,推导了微机电哥氏振动陀螺的驱动稳幅回路被控对象数学模型,经过实际系统测试验证了模型分析的准确性.在分析了该模型特点和物理本质的基础上,结合工程实践阐述微机电哥氏振动陀螺驱动稳幅控制回路的两种实现方式,并比较了两种实现方式的优缺点.     

单层偏心圆柱薄壳的自由振动特性分析研究

论文从偏心圆柱壳截面的几何特性出发,将偏心圆柱壳问题转化为一个周向变厚度圆柱壳问题,随后利用其状态向量之间的传递矩阵将壳体的振动控制方程转化为矩阵微分方程形式,通过Magnus级数法求解传递矩阵得到频率方程.采用Lagrange插值法得到偏心圆柱壳体自由振动状态下的固有频率,并且与圆柱壳的固有频率进行了比较.对影响结构固有频率的主要参数进行了分析,得到了这些参数和固有频率之间的关系.论文不仅提出了一种有效求解偏心圆柱壳固有频率的新方法,同时亦可为检测偏心圆柱壳的偏心距提供一种新的思路和方法.     

任意斜裂纹转子的耦合振动研究

对包含不同类型裂纹(横裂纹、横-斜裂纹以及任意斜裂纹)的转子的耦合振动进行研究,以揭示裂纹转子在不同方向上刚度参数的变化规律及其交叉耦合机理,特别是由此引发的振动特征.对于包含不同类型裂纹的转子轴段,采用六自由度Timoshenko梁单元模型对其进行单元建模,并基于应变能理论推导计算柔度参数和刚度矩阵.在此基础上,采用纽马克-β数值算法求解裂纹转子的运动方程,获得裂纹转子在单故障或多故障激励(不平衡激励、扭转激励或不平衡激励加扭转激励)作用下的耦合振动响应,进而分析耦合振动谱特征.与横裂纹和横-斜裂纹相比,任意斜裂纹使转子刚度矩阵的交叉耦合效应更显著,导致转子发生更强烈的弯-扭耦合甚至是纵-弯-扭耦合振动.无论是在不平衡激励还是扭转激励作用下,弯曲振动与扭转振动幅度都更大.而且,包含不同类型裂纹的转子的耦合振动特征频率,例如旋转基频与二倍频、扭转激励频率及其边带成分的幅值,对裂纹面方向角具有不同的敏感性.所得的这些研究结果,可以为转子裂纹的特征参数辨识与诊断提供理论依据.     

任意斜裂纹转子的耦合振动研究

对包含不同类型裂纹(横裂纹、横-斜裂纹以及任意斜裂纹)的转子的耦合振动进行研究,以揭示裂纹转子在不同方向上刚度参数的变化规律及其交叉耦合机理,特别是由此引发的振动特征.对于包含不同类型裂纹的转子轴段,采用六自由度Timoshenko梁单元模型对其进行单元建模,并基于应变能理论推导计算柔度参数和刚度矩阵.在此基础上,采用纽马克-β数值算法求解裂纹转子的运动方程,获得裂纹转子在单故障或多故障激励(不平衡激励、扭转激励或不平衡激励加扭转激励)作用下的耦合振动响应,进而分析耦合振动谱特征.与横裂纹和横-斜裂纹相比,任意斜裂纹使转子刚度矩阵的交叉耦合效应更显著,导致转子发生更强烈的弯-扭耦合甚至是纵-弯-扭耦合振动.无论是在不平衡激励还是扭转激励作用下,弯曲振动与扭转振动幅度都更大.而且,包含不同类型裂纹的转子的耦合振动特征频率,例如旋转基频与二倍频、扭转激励频率及其边带成分的幅值,对裂纹面方向角具有不同的敏感性.所得的这些研究结果,可以为转子裂纹的特征参数辨识与诊断提供理论依据.     

电磁作用激发的水电机组转子轴系振动研究

水轮发电机组的振动问题是长期困扰广大科研工作者的一个难题,也一直是学术界研究的热点.本文针对某大型水轮发电机转子轴系,首先建立了轴系扭振的微分方程组,给出了轴系整体扭振零频的计算公式,并计算了零频数值.接着在考虑了转子静偏心、振动偏心和转动偏心的综合影响后,求得了气隙磁场能量和单边电磁拉力的表达式,并应用机电耦联系统的能量法,求得了系统由电磁力激发的组合强迫共振响应的一次近似解.最后并应用奇异性理论对分岔方程进行了分析,求得了分岔集、滞后集、双极限集和转迁集的参数区间,给出了普适开折平面和物理参数平面上的分岔图,求得了机组稳定运行区域的电磁参数.本文所得结论对水电机组的工程设计人员具有重要的指导意义.     

转子轴承系统振动响应谱的仿真研究

在转子轴承系统振动信号处理中,针对平稳信号的传统傅里叶变换精度较低、快变启动过程的非平稳信号频谱分析方法较复杂的问题,本文仿真构造了两类响应信号。通过对比给定信号参数与信号识别参数的误差研究了几种谱分析方法或过程的简便性和准确性。对转子系统振动平稳信号离散频谱分析时存在的误差进行了定量分析,利用比例插值法对误差进行校正,开发了高精度谱分析测试软件;分析了转子轴承系统快变过程非平稳振动信号的特征,探索了一种将t时空域非平稳信号转变为tn时空间域平稳信号的办法或过程,然后结合比例插值校正法对其进行频谱分析,再返回到t时空域获得某时刻的谱特征参数;构造了转子系统振动仿真信号检验了上述过程的准确性。研究结果表明:比例插值法提取的谱特征数据近乎与仿真信号设定值相等;针对本文构造的快变过程非平稳仿真信号,利用本文给出的谱分析过程产生的频率误差最大值为0.47%,幅值误差最大值为0.2%。本文的仿真研究为提出和考证新的谱分析方法提供了手段。     

基于随动坐标系的开裂纹转子系统转动阻尼对振动稳定性影响的研究

区分固定阻尼和转动阻尼的情况下,建立了基于Lagrange方程的随动坐标系下开裂纹转子的运动方程。在此基础上采用了基于Routh-Hurwitz判据的根轨迹法,做出了裂纹转子非线性振动的坎贝尔图、衰变率图、根轨迹图;以此为依据分别研究了无阻尼开裂纹转子、具有一定比例的粘滞阻尼开裂纹转子运动稳定性。从而得出粘滞阻尼、粘滞阻尼中不同转动阻尼所占的比例以及对系统稳定性的影响,为裂纹转子故障诊断和不稳定振动控制提供了理论依据。     

多油楔轴承支承的转子系统在临界转速与失稳转速之间的半频振动

本文分析了多油楔轴承支承的单质量对称转子系统的非线性振动和稳定特性,研究了临界转速与失稳转速之间半频振动产生原因及其危害性.本文提出的计算方法和计算结果可供设计、计算和应用时参考.     

独塔斜拉桥的环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点.本文以吉林市临江门大桥为工程背景,通过动力试验,研究了该桥在天然脉动荷载作用下的固有特性.采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的固有特性.有限元计算结果与动力试验结果比较吻合.结果表明,环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础.     

关于一类电-力振动模型的建模与分析

从电学、力学的基本原理出发,通过数学方法建立和分析了一种电-力振动模型。这是一种较复杂的电力混合作用的线性振动系统,由模型的特殊结构(类扬声器结构)作者确立了两种磁场,即感生磁场和外磁场两者正交独立,并规定了电学、力学两种不同物理量的坐标取向关系。该模型需要求得三阶正系数常微分方程的收敛解,再求得包含暂态、稳态项的完整解。另外,文章从能量和做功的角度,通过对电压电流间的相位差分析,对所建模型的正确性作了论证,同时也为这类建模引荐了一种论证手段。     

一类含间隙振动系统的周期运动稳定性、分岔与混沌形成过程研究

建立了两自由度含间隙振动系统对称周期碰撞运动的Poincaré映射方程,讨论了该映射不动点的稳定性与局部分岔.通过数值仿真研究了含间隙振动系统对称周期碰撞运动经叉式分岔、倍化分岔、"擦边"奇异性向混沌转迁的全局分岔过程.     

基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域, 为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏, 有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究. 本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET), 研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制. 基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程, 通过设计非线性弹簧?质量块构型的NTET, 进一步开展了涡激振动控制的实验研究, 并与理论预测结果进行了较好的对比, 获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值. 研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响. 本文研究结果表明, 该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率. 在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时, 有更好的减振效果. 当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱, 会降低涡激振动控制性能. 参数分析表明: 随着涡激振动控制性能的提升, 圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大, 能量传递效率逐渐提高. 研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.      

输液管振动与稳定性研究的新进展:从宏观尺度到微纳米尺度

本文围绕不同尺度级的输液管结构,针对液流引起的管道振动与稳定性综述了目前已有的几种物理和数学模型,详细介绍了梁模型输液管的各类振动控制方程,重点讨论了宏观尺度、微米尺度和纳米尺度下输液管振动方程的异同点.在此基础之上,进一步概述了近几年这些输液管振动与稳定性问题研究的现状和一些重要研究结果,其中也包括作者们近期的相关工作.最后对未来的研究趋势作了分析和预测.通过本文可以看到,输液管振动问题仍有不少难题尚未很好解决,特别是微纳米输液管的建模和流固耦振机理方面的研究亟需加强.