超导磁体螺栓结合面低温振动特性研究

振动特性对于超导磁体的各类工程应用具有重要意义, 螺栓法兰盘连接是超导磁体系统的一种常见的支撑结构类型, 然而螺栓结合面在低温条件下振动特性的相关研究目前尚少见报道. 本研究中设计加工了简化的连接结构, 在室温和液氮温度对其螺栓结合面进行振动特性的测试分析. 接下来, 采用集中质量法进行建模, 并利用振型、 频率与质量矩阵、 刚度矩阵的关系求解了不同螺栓预紧力情况下的刚度矩阵, 得到了系统总刚度和结合面刚度. 使用上述方法对振动测量数据计算发现, 该结构的系统总刚度与结合面刚度都随着预紧力增大而增大, 同时液氮低温条件可使系统总刚度和结合面刚度进一步增大.     

试样激励下轻敲模式原子力声显微镜的非线性动力学特性

利用Euler-Bernoulli梁理论和DMT针尖-样品作用力模型建立了试样激励下轻敲模式原子力声显微镜(AFAM)系统的动力学方程,并应用非线性动力学分析方法对AFAM微悬臂梁的振动特性进行研究。通过合理改变超声激励幅值、超声激励频率和针尖-样品初始间距等模型参数模拟得到微悬臂梁的超谐波、次谐波、准周期和混沌振动现象,采用时间序列、频谱、相空间、Poincare截面和Lyapunov指数等方法对不同非线性振动特性进行表征。通过分析不同模型参数条件下微悬臂梁针尖-样品作用力特性,探索了微悬臂梁不同非线性振动现象的产生机制。此外,研究了AFAM微悬臂梁运动的分岔特性,发现当超声激励幅值和针尖-样品初始间隙连续变化时,周期、准周期和混沌运动交替出现。研究结果对AFAM系统非线性动力学行为分析和混沌振动控制提供了理论参考。      

悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究

研究了利用系统非线性来提高悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获效率的随机共振机理,通过增加一对矩形永磁铁对传统线性悬臂梁压电振子结构进行了改进,结果揭示:在外部非线性磁力作用以及合适的磁铁间距条件下,这种外加磁力悬臂梁压电振子会构成一个双稳系统,在外部宽带低频随机振动源激励下发生随机共振现象,且发生随机共振时的输出电压明显增大,从而可以扩展悬臂梁压电振子的共振频率范围、提高低频振动能量的转化输出. 关键词： 压电悬臂粱 振动能量俘获 宽带低频 随机共振     

气体静压止推轴承气锤振动现象分析与研究

针对气体静压轴承气锤振动现象,实验表征了气锤振动的物理本质。运用单自由度系统振动模型,研究气体静压轴承的气锤振动现象,揭示了轴承设计参数与气锤振动之间的规律性,并与实验研究结果进行对比,发现两者具有很好的一致性,从而验证了理论模型的可行性。并进一步阐述了气锤振动的成因过程,为气体静压轴承气锤振动的研究提供一种新的思路,具有一定的理论研究价值。     

基于悬臂梁调谐技术的光纤光栅无源振动监测

采用匹配光纤光栅设计了一种结构简单的振动信号无源监测装置.该装置利用悬臂梁调谐技术能够将微小振动信号转化为光电探测器可探测的光强信号,利用示波器实现实时监测.实验中对振幅为3mm的简谐振动信号进行了监测,测量结果与振动频率一致,可测量7～20Hz的振动,信噪比不低于14.9dB.监测频率受限是因为悬臂梁的性质,如采用金属材料或者采用齿轮组对转子进行减速,该装置可探测更高的频率.     

宽调谐范围垂直腔面发射激光器特性分析及设计

运用光学传输矩阵和有限元方法对波长可调谐垂直腔面发射激光器(VCSELs)的波长调谐范围进行了研究.对中心波长为980nm的可调谐VCSELs的波长调谐特性和微电子机械系统(MEMS)悬臂梁结构进行了设计，并进行了实验研究.结果表明，MEMS可调谐VCSELs调谐特性同时受到光波谐振腔结构和悬臂梁最大位移的共同影响.在悬臂梁几何尺寸和激光器有源区结构一定的条件下，通过优化可调谐VCSELs的牺牲层厚度可实现大范围波长调谐.同时，对可调谐VCSELs整体结构进行了设计，计算结果显示波长调谐范围达到30nm以 关键词： 悬臂梁 可调谐垂直腔面发射激光器     

基于智能手机的振动现象研究及应用

本文利用智能手机内置传感器与Phyphox软件,探究了简谐振动的周期公式和耦合双自由度振动的规律,测量了多自由度振动系统(人行天桥)的固有频率.实验结果表明,用手机和Phyphox得出的简谐振动周期公式与理论公式非常接近.对双自由度系统,验证了简正模思想在分析耦合振动系统是可行的.对于桥梁这样复杂的多自由度振动系统,运用手机就可以很方便地测量其固有频率.     

一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性

设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构, 该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成. 由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用, 这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带); 带隙频率范围内的板弯曲波会被禁止传播, 利用带隙可以实现对薄板的多个目标频率处低频减振. 本文针对这种局域共振型板结构进行了简化, 并基于平面波展开法建立了其弯曲波带隙计算理论模型; 基于该模型, 结合具体算例进行了带隙特性理论分析. 设计、制备了一种存在两个低频弯曲波带隙的局域共振型板结构样件, 通过激光扫描测振仪测试证实该结构存在两个低频带隙, 在带隙频率范围的板弯曲振动被显著衰减.     

振动结构耦合动刚度的间接逆子结构辨识方法

耦合动刚度是复杂耦合结构振动分析中的一个非常关键的参数,其精确辨识对于结构振动特性评估与控制设计非常重要。为将逆子结构动态分析方法推广应用于振动结构耦合动刚度辨识,在建立了耦合动刚度逆子结构分析模型后,提供一种通过频率响应函数反演耦合结构动刚度的方法——间接逆子结构辨识法。最后采用单点和三点耦合二级子结构“质量-胶垫”实验模型,验证了逆子结构辨识方法的理论有效性,包括辨识精度的误差分析.实验与理论分析结果的一致性表明,与现有的直接逆子结构动态分析方法相比,该方法较常规辨识方法具有适用条件范围更宽、辨识精度更高的优点,可以提高工程结构参数的辨识精度,具有更好的工程应用可行性与有效性,为逆子结构动态分析方法辨识振动结构耦合动刚度进一步提供理论依据。      

基于光学相干测振系统的微悬臂梁缺陷检测

提出了基于光学相干测振(optical coherence vibrometer,OCV)系统的微悬臂梁缺陷检测方法.自搭建的OCV系统最大振动位移量程、最大振动频率分别为2.574 mm和138.5 kHz,应用该系统对含缺陷微悬臂梁-附加质量块耦合结构进行振动测量获得其固有频率,并利用附加质量块对固有频率的影响特性...     

基于涡激振动的压电能量收集特性数值研究

本文设计了一种基于涡激振动的流体动能收集装置。该器件主要包括钝体和PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电悬臂梁,涡街的交替脱落引起梁发生振动,通过压电效应将振动能量转为电能.基于流固耦合计算对该结构压电能量收集特性,以及压电悬臂梁的升阻力系数、振幅和频率等特性进行了数值分析,并着重研究圆柱型钝体与PVDF压电悬臂梁的位置对装置发电效率的影响。结果表明,圆柱与悬臂梁直接相连(即L=0.5D)会得到较高电压输出,在雷诺数Re=6000时,振幅峰值为A=0.97D,输出电压峰值达到0.923V。     

利用PASCO系统研究阻力情况下二自由度系统的振动

本文从理论和实验两个方面探究了二自由度系统的振动,在考虑摩擦力和空气阻力的影响后给出了运动方程.使用3个弹簧和两个位置传感器搭建了实验装置,利用PASCO系统进行了实验,并比照数值模拟结果,得出了本系统两传感器滑块所受的摩擦力分别为0.003 075 N和0.003 225 N,空气阻力系数C为1.0,并验证了所研究系统建模的准确性.本实验结果对多自由度系统的振动问题的研究有一定参考价值.     

神光Ⅱ装置中空间滤波器系统的稳定性设计与分析

 考虑到空间滤波器系统在激光装置中的稳定性要求，分析了影响稳定性的各种因素。对现行装置中的SF4空间滤波器系统进行振动模态测试，初步确定系统的工作状况，并结合振动理论明确系统稳定性的设计参数。利用有限元软件ANSYS对空间滤波器系统及相关的设计进行仿真验证计算。结果表明：SF4系统的一阶固有频率达到83 Hz，与实验结果相符合，满足系统稳定性的要求；在系统中引入支撑不但能有效增加系统的刚度，同时能转移系统的振型；系统基础支撑平台的选择要求平台独立，并且选择较低的高度以便于控制上层光学元件的变形；在系统中的引入波纹管这种弹性连接，能降低系统变形量，并且通过改变波纹管的厚度能实现连接刚度的改变。上述设计可在神光装置其它系统结构中应用。     

磁流变液阻尼器在转子振动控制中的应用

设计了一种转子振动控制用的剪切式磁流变液阻尼器,建立了磁流变液阻尼器－悬臂转子系统的分析模型,理论和实验研究了转子系统的不平衡响应特性。研究表明,随着施加磁场强度的增加,磁流变液阻尼和刚度增大,转子系统的临界振幅明显下降,系统的临界转速也明显提高。通过简单的开关控制,可抑止转子通过临界转速过程中的振动。     

基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析

双稳压电悬臂梁结构常常用于振动能量采集系统,其中的非线性磁力与系统势函数和动力学方程的建立紧密相关,非线性磁力的正确分析和精确计算对系统振动响应和能量采集效果的准确预测至关重要.本文采用形状函数分析方法,通过悬臂梁弯曲斜率的整体积分计算,得到了悬臂梁末端的运动轨迹及其末端磁铁精确的位置与姿态,并由此根据磁化电流理论建立了双稳压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,给出了末端磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力及其合磁力的变化规律.数值模拟发现,随着末端磁铁竖直纵向位移逐渐增大,磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力都会依次由排斥力转变为吸引力,从而导致磁力合力的方向会随磁铁位移发生跨越两个象限的大幅度变化.实验验证表明,磁力计算结果与实验测量结果符合良好,其精确度优于现有文献方法的精度,因此本文的方法可以准确预测双稳压电悬臂梁振动过程的磁力变化规律.     

扭摆振动实验

为了丰富“非线性系统实验”课程的教学内容,开设了扭摆振动实验,将力学中的非线性现象引入到教学中.在实验内容的设计上,采取线性振动和非线性振动相结合的方式,即:首先研究扭摆的线性振动,如阻尼振动、受迫振动等,先对振动问题有基本的理解,然后再研究扭摆的非线性振动,分别固定驱动频率、改变励磁电流和固定励磁电流、改变驱动频率,观察非线性摆的运动情况.     

基于声压场描述的扩散声场多自由度互易原理研究

应用于复杂结构中频声振分析的扩散场多自由度互易原理采用位移变量描述系统,实质为弹性波场互易原理,应用于声波场时会造成模型自由度数不必要的增加。建立基于声压描述的扩散声场受挡模型,利用声辐射模态描述扩散声场中结构的表面受挡声压;据此提出基于声压描述的扩散声场多自由度互易原理,发现扩散声场中结构表面受挡声压的互谱矩阵与该结构在自由空间中振动辐射声波的声阻矩阵成正比。该互易原理与传统的单自由度互易原理表达形式相似,但适用于任意自由度结构。该互易原理可用于扩散声场中复杂结构的表面受挡声压的自谱及相关分析,仿真研究表明当边界元网格尺寸小于声波波长的1/6(线性单元)或1/3(二次单元)时,数值解与理论解完全吻合。      

一维三振子周期结构带隙设计

针对一维三振子周期结构, 导出了系统无量纲色散方程. 利用奇异性理论证明,色散曲线的拓扑结构不随刚度参数和质量参数的变化而变化, 并由此给出带隙起止频率的计算公式. 以此为基础提出带隙设计方法, 并用等刚度和等质量两类例子进行了验证. 本文方法也可用于声子晶体和光子晶体的带隙设计. 关键词： 周期结构 带隙设计 奇异性理论     

一种采用双换能器和摆式结构的宽频振动能量采集器

针对悬臂梁振动能量采集器在大振幅振动下梁容易断裂的缺点,本文提出了一种基于摆式结构的具有宽频和倍频特性的振动能量采集器,该采集器由两个Terfenol-D/PMN-PT/Terfenol-D磁电换能器和嵌有六个磁铁的旋转摆构成.文中建立了摆式结构的摆动方程,分析了采集器的频率响应特性以及谐振时的机-磁-电转换特性,并对采集器输出电压波形进行了频谱分析.理论和实验研究表明:该采集器具有宽频和倍频特性,采集器样机在1 g(1 g=9.8 m/s~2)有效值加速度振动下,向下扫频时的半功率带宽达到4.8 Hz,且能在f=16.9 Hz的振动下获得3.569 mW的负载功率.利用双换能器以及采集器的倍频和宽频特性,能有效地提高低频时采集器的输出功率.     

四氯化碳费米共振的拉曼光谱研究

费米共振现象是一种广泛存在于分子振动光谱中的现象,特别是结构比较复杂的多原子分子.在多原子分子中当振动倍频或组合频位于某一基频附近,由于发生振动耦合,会出现两个新峰,峰的位置向两侧发生移动,二者谱线强度发生变化,把这种现象称为费米共振.费米共振现象不仅存在于红外光谱中,也存在于拉曼光谱中.文章中测量了CCl4的拉曼光谱,利用所得到的谱线峰位和用Originpro7.5软件程序获得积分强度,用费米共振的相关理论计算了C-Cl的a1对称伸缩振动频率v1与C-Cl2的f对称弯曲振动频率v4的组合频(v1 v4)与(某一未知基频)C-Cl的f对称伸缩振动频率v03的费米共振特征参数,进而计算出了耦合系数W和这一未知基频v03.该文对理解费米共振,了解分子振动频率,研究分子结构有很重要的参考价值.