磁悬浮支承转子系统动力学特性计算与分析

介绍一种磁悬浮支承条件下的柔性转子系统临界转速及稳定性计算方法,并对其步骤予以详解.该方法基于传统转子动力学中的改进的传递矩阵法,并结合磁悬浮轴承刚度阻尼系数计算的特点,编制了完整的系统临界转速和稳定性计算程序.最后通过一个计算实例及其实验结果的验证,表明了该计算方法的有效性.     

旋转薄圆盘的行波动力学特性分析

旋转圆盘是广泛应用于旋转机械装置中的基本结构元件,圆盘在高速旋转状态下会表现出与低速或非旋转状态下迥异的力学性能.本文对高速旋转薄圆盘横向振动的行波动力学特性进行了分析,建立了考虑离心力引起的薄膜内力影响下的动力学控制方程以及相应的边界条件.采用伽辽金法数值模拟了旋转圆盘前、后行波振动频率和动力屈曲失稳临界转速随着圆盘几何参数如半径比、厚度的变化规律,以及材料参数对于振动频率和临界转速的影响等.本文的数值计算可以同时给出圆盘旋转的前、后行波频率,并且结果与实验结果吻合良好.     

基于近场动力学的梁结构振动特性分析方法研究

基于欧拉梁理论推导了两自由度梁的常规态型近场动力学(Peridynamics,PD)模型,并提出一种新的自由边界条件施加方法,对不同边界条件的PD梁进行了模态分析,与局部梁的有限元结果进行了对比,验证了模型的收敛性,分析了PD非局部参数对固有频率的影响.结果表明,当近场作用域内物质点密度较小时,PD梁模型非局部性较弱,与局部梁的有限元结果接近,随着物质点密度逐渐增大,非局部作用增强,PD梁的固有频率逐渐降低;当尺度参数趋于零时,PD梁的固有频率收敛到局部梁的有限元解,PD梁退化为局部梁.研究表明,论文提出的PD梁模型和自由边界施加方法适用于分析梁的振动特性,为采用PD方法分析梁结构的动力特性提供了参考.     

有初弯的刚度非对称转子的动力学特性分析及实验研究

对刚度不对称转子在有初始弯曲时的稳定性和动态响应性特性进行了理论分析和实验研究。重点研究了初弯方向与原始不平衡方向间夹角对系统响应特性的影响，提出了识别转子初弯和刚度不对称情形的特征量和诊断方法。研究表明：初始弯曲转子不仅在低转速时的振幅趋于初始弯曲值，而且随初始弯曲与不平衡间夹角的变化和初始弯曲与偏心距比值大小的变化振幅曲线出现很大的差异。特别是在大夹角情形下，夹角对振幅曲线的影响较大。当初始弯曲小于偏心距时，临界前振幅会随着转速升高而下降然后又上升，而当初始弯曲大于偏心距时，临办后振幅会随着转速升高而下降然后又上升。在临界前刚度不对称轩子的幅频曲线有副临界现象，转子运转频率处于两个自然频率间时系统会失稳，不平衡的增大对两类情况的幅频曲线变化趋势影响较大。     

欧拉-伯努利梁运动场的正交性及其能量传导特性分析

从无阻尼欧拉—伯努利梁振动方程解析解出发, 推导了有限长梁的关于谱系数的时间—空间平均能量和功率流表达式. 在此基础上, 从泛函分析观点, 探讨了弯曲运动场: 衰减振动、行波模式分解关于能量、功率泛函的正交性. 结果表明: 弯曲衰减振动模式和行波模式关于功率流、机械能时间—空间平均是相互独立的, 即关于场能和场功率互不干涉, 满足叠加原理; 衰减振动场导能与行波场导能的重要区别在于功率流关于右、左衰振动模式分解不满足叠加原理, 即弯曲衰减振动场间的相互"干涉"是使其具有能量传导能力的内在原因. 通过右端集中阻尼器支撑的梁的稳态功率流仿真分析计算, 表明低频区振动导能不可忽略, 同时, 衰减振动场和行波场间存在一定的能量交换现象, 但随着频率升高, 振动场传导能量不断下降, 同时能量传导效率也不断下降.      

磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子模态分析及实验研究

采用通用有限元软件包ANSYS7．0，建立了控制力矩陀螺结构的有限元模型，对磁悬浮飞轮转子组件以及陀螺整体组合结构进行了模态分析。通过与实验结果对比，验证了模型的合理性和精确性，指出了盘轴相对弯曲模态是系统工作带宽内的主要模态，也是影响飞轮转子系统稳定性的主要原因之一，必须进行有效陷波处理。分析结果为电磁轴承控制器参数的选取以及陀螺框架的设计提供了依据；采用ANSYS参数设计语言APDL建立的有限元模型也为下一步的优化设计奠定了基础。     

旋转内接功能梯度材料梁刚柔热耦合动力学特性研究

对具有旋转内接功能梯度材料(functionally graded material,FGM) 梁系统的刚柔热耦合动力学特性进行研究。假定梁为Euler–Bernoulli 型,由双组分材料制成,其力学性能参数沿厚度方向呈幂律变化。考虑柔性梁的横向弯曲变形和轴向拉伸变形,并计入横向弯曲引起的纵向缩短,即非线性耦合项。采用假设模态法离散柔性梁的变形场,运用第二类 Lagrange 方程推导出系统的一次近似刚柔热耦合动力学方程,并编制旋转内接FGM梁动力学仿真软件。然后通过仿真算例详细研究了各种无量纲参数及温度变化对系统固有频率、临界转速以及动力学特性的影响。研究表明：内接FGM梁的径长比、功能梯度系数以及温度变化对系统的动力学特性均有较大影响。

     

考虑榫接接触刚度的叶轮耦合振动特性计算方法研究

对叶片轮盘典型榫接结构的接触刚度进行了分析,给出了叶轮间接触刚度的计算方法;建立了叶片轮盘榫接耦合计算模型,采用对称循环分析方法对叶轮进行振动特性计算,得到叶轮耦合结构在不同工作转速下的振型及频率;对叶轮耦合结构进行锤击模态试验得到实际频率值。本文计算值与实测值在前3阶的相对误差分别为2.38%、1.58%、3.18%,误差均较小,验证了本文方法的可行性。     

钢筋混凝土梁振动特性参数与损伤状况关系的数值仿真研究

基于分离式有限元理论,分别建立了存在钢筋混凝土局部松脱等多种形式损伤的钢筋混凝土梁横向弯曲振动力学模型,利用此模型能够计算各种损伤梁的固有频率等振动特性参数。对这些振动特性参数与各种损伤的状况之间的关系进行了数值仿真研究。提出固有频率可以作为钢筋混凝土梁损伤定性辨识的指标;针对不同的损伤形式,位移模态振型、曲率模态振型和剩余模态力向量是对局部损伤位置敏感的振动特性参数,可以利用敏感参数的绝对残差向量进行局部损伤的定位辨识;敏感参数绝对残差向量的范数与损伤程度具有良好的单调性关系,可以作为局部损伤定量辨识的指标。     

考虑定子质量和碰摩面刚度的转子/定子系统碰摩响应的全局动力学特性研究

对考虑定子质量和碰撞面刚度的四自由度转子/定子模型的全局响应特性进行了研究。首先,通过解析方法确定了无碰摩响应的边界,然后,求解了同频全周碰摩解并进行了稳定性分析得到了同频全周碰摩响应的区域。在此基础上,利用非线性动力学分析的数值方法,确定了准周期局部碰摩与反向涡动失稳的边界,由此得出了参数平面内的不同碰摩响应的稳定区域图。进而研究了定子与转子质量比和碰撞面刚度对碰摩全局响应特性的影响,得到了不同碰摩响应共存及随系统参数变化的典型全局响应分岔图。     

基于渐近均匀化方法的准周期梁结构等效刚度数值实现方法研究

相比周期梁结构,准周期梁结构沿轴向梯度变化,具有更大的设计自由度,能够获得更好的结构性能。由于其非均质性,一般将其均匀化为具有等效性质的均质梁结构,但现有工作很少涉及准周期梁结构等效性质的计算。本文针对由周期梁结构映射而成的准周期梁结构,通过引入雅可比矩阵,基于渐近均匀化方法推导的单胞方程及其等效性质计算列式,并建立了其单胞方程及等效刚度的有限元求解列式。该方法可以处理沿轴向变形的任意微单胞构型,数值算例验证了其正确性和有效性。     

洗衣机悬挂系统动态特性的实验研究

悬挂系统是全自动洗衣机最重要的部件之一,其动态特性直接影响整机的工作平稳性或鲁棒性。本文通过压电式加速度计拾取脱水工况下滚筒式洗衣机外筒上各测点的响应信号,运用DASP（Data Acquisition ＆ Signal Processing）信号采集分析处理系统,分别采用频域自互谱法和时域随机子空间法对其进行模态参数识别。结果表明,工作状态振动实验足以识别出该型号洗衣机所感兴趣的模态参数;其结果可以作为有限元模型修正的参考依据。