考虑刚体运动与弹性运动耦合影响的旋转叶片振动有限元分析

本文研究了旋转叶片的纵向振动和双向横振动,考虑了刚体运动和弹性振动的耦合关系,利用有限元法推导出离散系统动力学方程,从而引出陀螺特征值问题。本文就某一特例了计算了在不同转速时叶片振动的自然频率,讨论了转速对振动频率的影响。     

粗糙薄层弹性体接触刚度分析

薄层弹性体功能结构表面在工程领域有着广泛的应用前景,薄层弹性体的接触特性分析对功能结构表面设计与应用非常重要.采用随机粗糙表面模拟生成技术和有限元分析技术建立了粗糙薄层弹性体表面的接触刚度确定性分析模型,研究了薄层弹性体的接触特性,对基于半数值确定性分析方法的粗糙层-基体层串联模型用于粗糙薄层弹性体接触刚度计算的适用性进行了讨论,进一步分析了粗糙薄层弹性体串联模型接触刚度的误差来源.研究结果表明:当薄层弹性体的基体层厚度小于10倍表面均方根粗糙度时,由传统粗糙层-基体层串联模型分析获得的粗糙薄层弹性体刚度误差将超过15%,误差主要来源于粗糙峰的大变形和基体层的局部变形不均匀的共同作用.     

弹性接触问题的常刚度迭代方法及其加速

通过引入接触间隙荷载，在荷载项中反映接触状态变化的影响，避免了重新形成接触刚度矩阵，构造了弹性接触问题的常刚度迭代格式。然后借助于不动点迭代的Steffensen加速技术给出了一种求解弹性接触问题的常刚度迭代加速算法。文中最后给出两个算例表明了本文方法的有效性。     

凸轮与平底从动件的接触变形与接触刚度计算

将凸轮与平底从动件接触视为二维线性接触,基于无限大半空间模型对从动件的变形量进行了分析,利用圆柱体二维线接触变形的计算方法对凸轮接触变形进行了计算,从而得到了凸轮与平底从动件的接触变形量与接触刚度理论计算公式。利用Palmgren公式和有限元方法对计算公式进行了验证,并分析了接触刚度与凸轮曲率半径、接触力之间的关系,结果表明:接触应力、接触半宽、凸轮接触变形量的理论计算值与有限元计算结果几乎相等,凸轮与从动件的接触变形量之和的理论计算值与有限元计算值相差小于5%;凸轮与平底从动件的接触变形之和、接触刚度都与接触处凸轮的曲率半径无关,而与凸轮与平底从动件间的接触力大小有关。     

液压换向阀的耦合水击振动特性研究

以某型舵机操纵液压换向阀为例,运用特征线法,对其由于自激振动以及启闭动作产生水击诱发非线性耦合振动现象的机理进行理论分析,获得换向阀水击振动的动态特性.通过实验验证,换向阀控制口水击压力幅值与计算结果偏差为2.87%,且压力变化趋势与计算结果基本一致.该结果可为掌握液压系统的振动特性、采取振动控制措施以及换向阀的设计和改进提供理论依据.     

平行结构流固耦合振动特性的研究

本文以多片平行悬臂板为模型,对平行结构流固耦合振动特性问题从理论上进行了探讨,导出了便于分析计算的理论表达式,并进行了计算与实验验证。结果说明,分析方法正确,对于分析实际水工结构的完全流固耦合问题具有现实意义。     

基于扰动波的HVAS液滴耦合振动特性分析

高速电弧喷涂过程中熔融金属液滴的振动特性对喷涂涂层性能具有决定性作用,但限于实验技术很难检测液滴的动力学行为,因而利用扰动波理论建立了气流和液滴的耦合振动方程组,并数值求解获得了喷涂气流最不稳定波数,与Bradley的数据曲线进行了比较,二者呈现出较好的吻合性,误差在士2％之间,验证了所建立的HVAS小扰动液滴模型是有效的;根据HVAS液滴耦合振动模型分析了不同喷涂气流及其速度对不同熔融金属的相应HVAS液滴振动特性。结果表明,HVAS过程中用N2具有一定的优势,且增加气流速度有利于提高喷涂涂层的结合强度,从而为HVAS过程中的材料选择与工艺控制提供了基本的理论依据。     

两种典型螺栓连接结构的刚度特性比较研究

针对法兰对接和径向套接两种典型舱段螺栓连接形式,基于有限元静刚度计算、动力学简化建模、冲击响应特性分析及结构冲击试验,系统研究了两种连接形式的轴向刚度特性及其对动力学冲击响应的影响.有限元静刚度分析揭示了法兰对接与径向套接的轴向拉压刚度分别是非对称的和对称的,而法兰对接的平均刚度更大.之后,为两种连接形式建立了统一的动力学模型,证明非对称的轴向拉压刚度导致结构在受到横向载荷作用时会产生附加的耦合轴向振动,并且利用高精度幂函数拟合刚度跳变,得到耦合轴向振动频率是弯曲振动频率的二倍的结论.最后,通过冲击动力学试验证明了法兰对接存在二倍频的耦合轴向振动,而径向套接则不存在该耦合振动.径向套接虽然一阶频率较低,但阻尼效果更好.     

平行结构流固耦合振动特性的研究

本文以多片平行悬壁板为模型，对平行结构流固耦合振动特性问题从理论上进行了探讨，导出了便于分析计算的理论表达式，并进行了计算与实验验证。结果说明，分析方法正确，对于分析实际水工结构的完全流固耦合问题具有实现意义。     

裂纹转子振动特性分析

以具有刚性支承的水平Jefcott裂纹转子为研究对象,考虑涡动的影响,建立了裂纹转轴在固定坐标系中的刚度矩阵,推导了裂纹转子振动的运动方程,并通过数值方法分析了其动态特性。数值分析表明：裂纹转子振动响应中出现1X、2X、3X……分量,且当Ω=1/2,1/3…时,2X,3X…分量分别达到最大值;转子的中心轨迹形状随Ω变化而变化,当β=0-π逐渐增大时,响应中1X分量显著减小。考虑弯扭耦合振动时,振动响应中出现一些新的频率成分。同步激励的情况下,当ω＝ωN／n(n=2,3,4,…）时,扭转振动响应中nX分量也达到最大值。     

不同轮轨接触模型在车桥耦合振动中的比较

以工程实例为研究对象,建立了整车-整桥系统耦合振动数值分析模型。考虑车轮的跳轨和挤密情况,建立了单边弹簧-阻尼系统弹性轮轨接触模型。采用基于多体系统动力学和有限元法结合的联合仿真技术,计算了两种轮轨接触时动车组列车以不同车速通过大跨度连续桥梁的耦合振动响应。数值计算结果表明:两种轮轨接触模型的桥梁动力响应比较接近;列车的横向轮轨力、轮重减载率和脱轨系数相差较大,当速度为350km/h时,横向轮轨力增大了46.5%,轮重减载率增大了130.8%,脱轨系数增大了24.66%;用单边-弹簧阻尼系统弹性轮轨接触模型更符合实际。     

失调叶片盘耦合振动中叶片模态精度问题

本文用试验模态分析与数值计算相结合的方法,为真实叶片盘耦合振动模态综合提供了获得高精度的叶片模态的简便途径.     

裂纹转子在支承松动时的振动特性研究

以具有支承松动的Jeffcott裂纹转子为研究对象，分析了支承松动和轴上横向裂纹对转子系统刚度的影响，建立了转子系统振动的微分方程，并用数值方法分析了其振动特性。分析表明，转子在裂纹和支承松动这两种非线性因素的作用下，表现出复杂的非线性行为。     

磨削粗糙表面法向接触刚度研究

为更加准确地描述机械磨削表面的接触刚度,本文在现有统计分析理论的基础上,提出了一种新的粗糙表面接触模型。模型针对接触表面微凸体形貌,将原有的球体假设采用cos函数曲线回转体代替,在假设形貌的基础上重新解算了微凸体弹塑性变形的临界压入深度,推导出了接触区域真实接触压力与接触刚度关系表达式。通过数值仿真方法得到了不同塑性指数下平均距离、接触刚度与接触压力之间的变化关系。对比结果显示,随着塑性指数的增大,本文模型的平均距离与球形模型的平均距离之间的差值逐渐增大。在接触刚度方面,本文模型相比球形模型更加贴近实验结果,并且随着塑性指数的增加,球形模型与本文模型之间的差值越来越大。本文模型结果与实验数据的相对偏差能够控制在5%以内,从而验证了本文模型的正确性,为更加准确地描述磨削表面零件的接触行为提供理论基础。     

机械臂臂杆刚度主动控制下的末端振动特性研究

机械臂在运动过程中会因臂杆柔性引发结构变形和弹性振动,降低机械臂末端的定位精度和运动稳定性,将结构振动控制方法用于机械臂的振动抑制研究具有重要意义. 基于变刚度主动控制的设计思想,提出了臂杆刚度主动控制方法,通过改变机械臂臂杆的轴向受力状况来主动改变机械臂的刚度. 采用变形耦合法描述了机械臂的非线性变形,进而结合假设模态法和拉格朗日方程建立了臂杆的变刚度动力学模型,并进行了数值仿真. 在此基础上,设计了基于臂杆刚度主动控制方法的单自由度实验台,分析了不同预紧力下机械臂末端的振动特性. 数值仿真和实验结果表明,随着预紧力的增加,机械臂末端的振动幅值得到衰减,验证了臂杆刚度主动控制方法的有效性. 通过采用响应面法建立了机械臂末端的振动响应与预紧力的关系,并基于内部映射牛顿法的子空间置信域法优化算法对预紧力进行了优化分析,得到了最优预紧力. 该研究可为机械臂的精细动力学建模和振动抑制提供一定的理论依据,并为研究经济型低刚度材料的刚化问题提供了方向,以利用廉价低刚度材料取代目前所应用的昂贵高刚度材料.      

转子-叶片干摩擦耦合系统的稳态和非稳态振动

本文用数值方法研究转子扭振-叶片弯曲振动等效系统的稳态和非稳态响应。叶片受气流周期激励力作用，与转轴通过平台干摩擦阻尼器相连，干摩擦力采用光滑模型计算。分析扭振和弯曲振动的固有频率具有1：1和1：3两种比值情况（内共振关系）的振动表明，系统不仅存在两个主共振，由于干摩擦力的非线性特点，还存在超谐和亚谐共振状况。由于阻尼器的引入，耦合系统的主共振频率点既可能升高（1：1情况），也可能降低（1：3情况），这是耦合系统中阻尼器的调频特点，在升速的非稳态响应中，主共振和超、亚谐共振幅值将会降低．而共振点一般会出现延迟现象，但也有某些共振点有所提前（1：3情况），因此存在内共振条件的干摩擦系统，具有丰富和复杂的振动现象。     

电梯轮轨耦合高频振动计算模型研究

电梯导轮和导轨相互作用产生的高频振动是电梯噪音的主要来源之一,本文基于导轨、导轮和电梯框架等各柔性构件的频响函数,建立了耦合振动系统的频域计算模型。分析了导轨表面粗糙度、导轮偏心和扁疤等激励对电梯高频振动的影响。通过与实测数据进行比较．验证了计算模型的有效性．从而为电梯的减振降噪设计提供了有用的分析工具。     

列车-桥梁耦合振动研究综述

针对列车-桥梁耦合振动问题,从模型分类与建立、轮轨接触、数值计算、工程应用等4个方面综述了20世纪60年代至今,特别是近20年以来的研究进展,总结了已经取得的成就与结论.并指出建立更加精细合理、运算效率高的列车-桥梁耦合振动模型,综合考虑整个体系中的各种因素,更系统地分析车、桥相互作用的影响关系,将成为列车-桥梁耦合振动研究的必然趋势.      

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.