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。     

无人机捷联惯组隔振系统动力学分析与优化设计

针对捷联惯组在无人机中的特殊安装环境,提出了一种在偏移安装环境中实现三轴向等刚度与准解耦隔振系统的设计方法。首先建立了隔振系统的六自由度动力学模型及其动力学方程,对隔振系统进行动力学分析。分析结果表明:当隔振器的轴径刚度比为0.8左右且阻尼比大于0.125时系统可以实现设计要求。最后,设计并制造隔振系统,分别在振动台上以及无人机飞行环境中对其进行试验验证。试验结果与理论计算相吻合:隔振系统有效地削弱了偏移安装环境带来的捷联惯组振动问题,可以实现三轴向等刚度设计与准解耦状态。     

主动隔振下固支薄板基础振动抑制的参数多目标优化

考虑动力设备-隔振器-薄板基础为复合主动隔振体系,并将薄板视为固支形式;以传递力作用在薄板基础上某点导纳为中间变量,在传递力、导纳、薄板振动峰值位移及峰值点距离影响因素分析的基础上,进行了系统耦联参数的多目标优化研究。优化算法采用较新的强度Pareto进化算法(SPEA2),该算法具有参数设置少、收敛速度快、寻优能力强及Pareto最优解分布均匀等优点。目标函数考虑为薄板振动的位移峰值及峰值点间的距离,目的是在有效控制薄板振动的同时,尽可能地使薄板趋于单峰值点振动,这对于板上附属操作设备及工作人员是有利的;最后,在最优参数的基础上对隔振器的安装位置进行讨论研究。数值计算结果表明,本文方法可有效地计算出隔振系统的最优参数,并为工业建筑及其他工程振动的最优隔振设计提供新思路。     

对称扭杆弹簧系统隔振性能研究2000-04-03收稿.

对扭杆弹簧隔振系统的研究表明,扭臂的质量对系统的性能有比较大的影响。虽然系统可获得长的共振周期,但由于扭臂的质量不为零,地基振动的加速度被直接耦合进系统,从而严重地降低了系统的隔振性能。     

非线性被动隔振的若干进展

工程中航空航天、船舶与海洋结构物及其上装备和精密仪器易受极端环境干扰和破坏,使得非线性隔振理论在近十年来迅猛发展;针对日益严峻的隔振和抗冲击等要求,工程师和科学家们已发展出各种不同的非线性隔振系统,包括主动、半主动、被动和复合隔振.利用非线性改善的被动隔振兼具传统被动隔振的鲁棒性和主动隔振的高效性成为振动控制领域的先进技术.本文主要综述了非线性隔振理论和应用的近十年进展,包括非线性隔振设计、建模、分析、仿真和实验.在隔振系统的构建中,既考虑了刚度非线性又考虑了阻尼非线性;动力学响应的研究中,既有确定性分析又有随机分析.首先提出了适用于非线性隔振系统改进的评价方式;其次综述了高静态低动态刚度隔振及其加强形式非线性阻尼加强和双层非线性隔振,混沌反控制技术、内共振影响、非线性能量阱应用等振动机制利用型隔振和非线性隔振功能材料.最后,对非线性隔振研究发展的热点和关键性问题进行了分析和展望.     

浮筏隔振系统功率流特性分析

针对工程实际中浮筏隔振装置，建立了柔性基础上机组多支承弹性浮筏耦合隔振系统动力学普遍模型，提出了子系统动态特性综合分析法，给出了耦合系统动态传递方程及功率流表达式。根据工程中两机组浮筏隔振系统功率流理论计算结果，着重探讨安装频率与支承结构柔性耦合作用及其对隔振效果影响。研究结果表明：合理设计安装频率，可有效控制振动能量传输。     

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5％,共振频率处传递特性改善30％~40％.      

卧螺过滤离心机机械振动和动载荷的分析与研究

在卧式螺旋卸料过滤离心机工作时会因物料分布不均而产生偏心载荷。该力的大小、位置、矢量方向都随时间不断变化,且离心机整机是一个较复杂的系统。因此,要准确计算偏心载荷引起的瞬态响应是一个难点。在ANSYS中使用APDL语言进行整机的参数化建模,运用COMBIN14单元模拟了轴承和减振器,对电机和机外壳等焊接件采用MASS21单元作等效处理;使用Newmark完全法进行瞬态动力学分析,首次计算得到了主轴的振动曲线以及离心机对安装基础的动载荷特性曲线。研究结果表明:采用有限元瞬态动力学分析方法可以获得与加料试车实验方法相一致的主轴振动速度曲线和离心机对安装基础的动载荷的极大值。解决了机械振动与动载荷长期以来依赖经验估算的问题,缩短了新产品的设计周期,降低了新机试制、试车的风险,也为离心机工作可靠性的研究奠定了基础。     

并联式承载减振一体的整星隔振研究

整星隔振是一种改善卫星振动环境的有效措施,传统整星隔振方案主要通过在卫星与火箭之间插入柔性、高阻尼结构.该方案因串联柔性元件,在实现减振的同时,也导致卫星分支(卫星、卫星支架、过渡支架)及整个运载火箭的模态频率大幅降低和卫星振动位移的显著增大.前者严重影响运载火箭飞行特别是末级飞行的稳定性;后者则会大幅减小卫星与整流罩的动态间隙,严重时可能导致卫星与整流罩碰撞.为了解决串联式整星隔振存在的问题,本文提出了一种在原主承力(过渡支架)结构中并联阻尼元件的整星隔振方案,该方案不改变卫星分支结构形式、连接关系,不影响卫星分支主承力结构的强度和刚度.根据柔性航天器的特点,建立了多自由度系统动力学模型,通过仿真分析研究了不同阻尼特性对系统共振频率附近传递特性的影响,得到了增大阻尼可有效改善系统各阶共振频率附近的振动传递特性.根据某运载火箭的外激励特点、过渡支架结构形式、卫星减振需求,设计的一种黏性阻尼器及其安装支架,通过在过渡支架均匀分布8个减振单元,构建了并联式承载减振一体的整星隔振方案,有限元分析和试验结果表明,该方案与无减振状态相比,卫星分支频率变化小于±5%,共振频率处传递特性改善30%～40%.     

发动机空间6DOF动力隔振拓扑模型仿真研究

汽车发动机悬置是典型的6DOF动力隔振系统,传统的动力隔振模型将动力机械整体视为刚体,而本文考虑运动零部件的影响,为汽车发动机悬置的结构设计带来了一种全新的视角。通过对发动机上运动零部件进行受力分析,找到引起发动机振动的最主要内在激励源;建立6DOF动力隔振空间拓扑模型,利用Simscape/Multibody仿真研究,验证了传统的动力隔振模型与空间拓扑模型之间存在理论误差;动力隔振拓扑模型更能准确描述6DOF动力隔振系统特性,所建立的汽车6DOF发动机Simscape/Multibody仿真模型可为后续的主动悬置设计提供重要基础。     

弹性力学状态变量体系下带有初应力的振动问题

通过在Hellinger-Reissner广义势能中引入应变的非线性项,推导出了弹性力学Hamilton体系下的具有初应力的振动方程,并运用精细积分给出了两端简支的梁、组合梁和四边简支板及组合板在初应力下振动频率。本文结果是严格弹性力学意义(没有引入任何几何变形假设)下的精确解,为衡量各种计入剪切变形的薄板、中厚板理论的准确性提供了一个标准。     

Vibration suppression and higher branch responses of beam with parallel nonlinear energy sinks

The effects of nonlinear energy sink (NES) on vibration suppression of a simply supported beam are investigated in this work. The slow flow equations of the system are derived by using complexification–averaging method, and the validity of the derivation is verified. By comparing the vibration absorption of single and parallel NESs of equal mass, it is found that the latter exhibits superior vibration absorption performance. In addition, the parallel NES can eliminate higher branch responses of the system under the harmonic load. Furthermore, it is found that parallel NES can eliminate the higher branches of the system more effectively by tuning nonlinear stiffness and damping. Moreover, the thermal effect on natural frequencies of the simply supported beam is considered, and the influences of the parallel NES’s parameters on the energy dissipation rate under shock load are investigated. The nonlinear responses of the simply supported beam with parallel NES under harmonic load and with the increase of temperature are described.     

Vibration Induced Sliding: Theory and Experiment for a Beam with a Spring-Loaded Mass

The study sets up a simple model for predicting vibration induced sliding of mass, and provides quantitative experimental evidence for the validity of the model. The results lend confidence to recent theoretical developments on using vibration induced sliding for passive vibration damping, and contributes to a further understanding of this nonlinear phenomenon. A mathematical model is set up to describe vibration induced sliding for a base-excited cantilever beam with a spring-loaded pointmass. Approximations simplify the model into two nonlinear ordinary differential equations, describing motions of the system at near-resonant excitation of a single beam mode. This simplified model is studied numerically and analytically, and tested against laboratory experiments. The experiments provide evidence that the simplified mathematical model retains those features of the real system that are necessary for making useful predictions of transient and stationary first-mode response.     

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。     

Analysis of Coupled Vibration Characteristics of Wind Turbine Blade Based on Green's Functions

This paper presents the analysis of dynamic characteristics of horizontal axis wind turbine blade, where the mode coupling among axial extension, flap vibration(out-of-plane bending), lead/lag vibration(in-plane bending) and torsion is emphasized. By using the Bernoulli-Euler beam to describe the slender blade which is mounted on rigid hub and subjected to unsteady aerodynamic force, the governing equation and characteristic equation of the coupled vibration of the blade are obtained. Due to the combined influences of mode coupling, centrifugal effect, and the non-uniform distribution of mass and stiffness, the explicit solution of characteristic equation is impossible to obtain. An equivalent transformation based on Green's functions is taken for the characteristic equation, and then a system of integrodifferential equations is derived. The numerical difference methods are adopted to solve the integrodifferential equations to get natural frequencies and mode shapes. The influences of mode coupling, centrifugal effect, and rotational speed on natural frequencies and mode shapes are analyzed. Results show that:(1) the influence of bending-torsion coupling on natural frequency is tiny;(2) rotation has dramatic influence on bending frequency but little influence on torsion frequency;(3) the influence of bending-bending coupling on dynamic characteristics is notable at high rotational speed;(4) the effect of rotational speed on bending mode is tiny.     

某结构的多轴随机振动实验研究

通过对某结构开展多轴随机振动试验研究,初步探讨了典型线性结构在多轴随机振动试验中的动力响应特点.首先对多轴振动试验系统、试验条件、控制方式等进行了介绍;然后通过有限元仿真了解结构的自振频率、振型和响应情况;重点对结构的多轴随机振动试验结果进行研究,具体分析了结构各测点加速度响应谱的共振峰特点;最后将多轴试验结果与单轴试验结果进行对比,并理论上解释了多轴随机振动响应不同于单轴振动的原因.研究结果表明:多轴振动试验能同时激发结构在不同方向的模态,使动力响应表现出比单轴振动更为丰富的共振峰,因此对经受多轴振动环境的产品开展多轴振动试验很有必要.     

爆炸冲击震动模拟平台的研制

为了模拟核爆、化爆冲击震动环境,根据能量守恒和弹性碰撞原理,研制了悬挂式爆炸冲击震动模拟平台。该平台能够完成水平向和垂直向冲击试验,通过对锤重、锤高和垫层厚度等参数的合理选择,性能指标可达到:水平向冲击加速度峰值5~1 500 m/s2,作用时间50~4 ms;垂直向冲击加速度峰值10~1 000 m/s2,作用时间60~4 ms。性能试验表明,该平台能够为防护工程结构抗震及其他有关冲击振动问题的研究提供安全、方便、经济、可靠的试验手段。     

Vibration analysis of undamped,suspended multi-beam absorber systems

The vibration analysis of an Euler-Bernoulli beam with an attached rotary unit is first carried out assuming no unbalance. For comparison purposes, two different beam end boundary conditions are considered: a simply-supported and a clamped-clamped condition. The problem is then extended to the vibration behavior of the initial beam when subjected to a harmonic load due to an unbalance in the rotary unit. To absorb the ensuing vibrations, a secondary passive beam system is suspended from the primary beam which consists of two continuous leaf springs and three discrete masses. The absorption frequency is obtained by exploring the deflection norm of the primary beam versus dimensionless frequencies of the system. To ensure the appropriateness of the procedure for similar multi-beam absorber systems, an experimental set-up is established and analytical results are verified.     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

某发动机热试车的振动环境预示方法研究

发动机热试车试验在新型运载器的研制过程中起到重要作用,可用于预测运载器在飞行中的振动环境。由于载荷不等效,试验数据量有限,使得难以直接通过试验数据建立同一结构在不同系统下的映射关系模型。本文提出了一种基于试验数据的振动环境预示方法,以某发动机两次热试车试验数据为对象,分别提取了反映结构特性的动力学模型,基于载荷等效原则构造了结构振动响应学习样本,采用机器学习的方法建立了两次热试车试验条件下发动机结构的映射关系,实现了从一种试车状态下的结构振动响应预示另一种试车状态下的振动环境,预示结果与实测数据进行了比较,满足±3d B的工程精度要求。