幂函数形式连续变截面梁振动的弯曲固有频率分析

为给变截面变幅杆弯曲振动提供设计依据,该文使用微分方程解析法求解变截面梁固有频率。首先,建立变截面梁模型,其中截面面积和惯性矩均按幂次函数变化。得到变截面梁自由振动时挠度的解析表达式,并获得不同边界条件下梁弯曲振动的固有频率方程。其中惯性矩所对应幂指数与截面面积的幂指数的差值为4时,可得自振频率方程的精确形式;而幂指数差值不等于4时,给出近似解法。其次,对4种具体的变截面梁求解不同边界下的自振频率,并与瑞利-里兹法所得的自振频率解比较。验证精确解法结果的正确性,并发现近似解法结果的相对偏差在5%以内。该解析方法较瑞利-里兹法具有能快速求解的特点,且易于分析截面参数对梁固有频率的影响。由算例可得,边界和其他参数不变时,梁的同阶次无量纲自振频率随着幂次指数的增加而增加。几何参数中仅截面形状参数改变时,随着形状参数的增加,梁的同阶次无量纲自振频率随之减小,但固定-自由梁的第1阶自振频率除外。

基于LSTM-CNN的结构固有频率激励下正弦载荷识别方法研究

当外载荷频率达到或接近结构固有频率时,传统载荷识别方法(比如截断奇异值分解法)的识别精度会降低。为此,通过卷积网络的特征提取和长短期记忆网络的长时记忆功能建立LSTM-CNN载荷识别模型,提出一种基于LSTM-CNN模型的载荷识别方法,对GARTEUR飞机模型开展载荷时域波形识别研究。通过采集结构的响应数据和激励数据进行模型训练和载荷识别,并与截断奇异值分解(TSVD)方法、长短期记忆网络(LSTM)方法和深度卷积神经网络(DCNN)方法的识别结果进行对比分析。结果表明:基于LSTM-CNN模型的载荷识别方法可以有效应用于结构固有频率激励下正弦载荷识别问题,具有较高的识别精度和抗噪能力。

基于固有频率的错断式坠落危岩体稳定系数计算模型

错断式坠落危岩体的安全稳定程度受后缘裂缝深度控制,基于静力学的稳定系数计算可得到后缘裂隙深度临界值,但静力学计算方法无法得到裂隙深度的实时变化。基于修正Timoshenko梁建立岩梁动力学方程,结合动力基础半空间理论对岩梁的约束刚度及边界条件做深入分析,得到不同裂缝深度条件下危岩体固有频率理论解析。基于数值计算验证固有频率算法的正确性,并得出结论:随裂隙深度增大,固有频率不断降低,固有频率对危岩体后缘裂隙深度变化较为敏感,根据危岩体的固有频率值可反算危岩体后缘裂隙深度。基于固有频率与危岩体后缘裂隙深度之间的关系建立错断式坠落危岩体稳定系数计算模型,并采用室内试验进行验证,得出结论:危岩体固有频率与其后缘裂隙深度近似为负线性相关。基于固有频率的错断式坠落危岩体稳定系数计算模型可为危岩体自动化监测提供有益借鉴。

大型漂浮式风机塔架系统固有频率快速评估方法

漂浮式风机塔架为细长高耸柔性结构,受风、浪、风轮旋转等多源复杂激励作用,塔架固有频率和模态的准确评估是漂浮式风机系统设计的关键环节。针对当前漂浮式风机塔架的模态分析大多基于塔底固定假设,未考虑浮式基础和风机正常作业的影响。提出了一种准确高效的大型漂浮式风机塔架固有频率快速评估方法,分析了漂浮式风机塔架固有频率的变化特性及规律。结果表明:当风机处于停机状态时,塔底固定的简化模型得出的塔架固有频率存在约10%的偏差,塔架固有频率评估需考虑浮式基础的影响;当风机处于运转状态时,上部风轮气动附加质量效应导致塔架的固有频率略有减小。研究结果可为漂浮式风机塔架以及控制策略的设计提供参考。

利用固有频率变化评估铸铁件去应力效果的研究

为了简化铸铁件去应力效果的评价过程,以梳棉机盖板铸件为研究对象,从理论推导、虚拟仿真、试件测试三个角度对铸铁件的固有频率、残余应力及两者关系进行了研究。首先,推导了等截面梁形铸铁件固有频率与其残余应力关系的理论公式;其次,利用ANSYS和ProCAST软件分别对梳棉机盖板进行有限元模态分析和铸造残余应力分析;再次,对一组不同应力状态的梳棉机盖板试件,分别利用试验模态分析法和X射线衍射应力测量法测定其各阶固有频率和残余应力;最后,推导了利用固有频率计算铸铁件残余应力降低量的理论公式,并对实验数据进行线性最小二乘拟合。结果表明,等截面梁型铸铁件的残余应力与其一阶弯曲固有频率的平方成线性关系,利用这种线性关系可对铸铁件的去应力效果进行评估。

裂纹对叶片固有频率影响的研究分析

为了研究裂纹对叶片固有频率的影响规律,建立了叶片的有限元几何模型,分析了裂纹位置和裂纹深度对叶片固有频率的影响。结果表明:当裂纹在叶片不同位置时,叶片固有频率的下降率为4.06%(过渡弧处)>1.08%(叶型中部)>0.04%(靠近叶顶);当裂纹在不同深度时,叶片固有频率的下降率为13.25%(40 mm)>8.12%(30 mm)>4.06%(20 mm)>1.35%(10 mm)。为了验证仿真结果的有效性,进行了试验分析,试验结果与仿真结果基本一致:裂纹在叶片不同位置时对固有频率的影响为过渡弧处>叶型中部>靠近叶顶,并且在叶片过渡弧处的固有频率随着裂纹深度的增加而降低。研究结果可对叶片早期裂纹的预测和检测提供一定参考。

缺口对悬臂板裂纹扩展和固有频率演变的仿真分析

本文选取不同初始缺口长度的悬臂板为研究对象,对其裂纹扩展和固有频率演变进行数值研究。首先,建立一种基于ABAQUS-FRANC 3D的联合仿真分析方法,其中ABAQUS用于结构的有限元分析,FRANC 3D基于ABAQUS数值结果进行裂纹扩展仿真。其次,评估了初始缺口长度与裂纹扩展行为和固有频率演变的关系。研究表明,悬臂板初始缺口长度越大,固有频率随着裂纹扩展长度的增加衰减速度越快,固有频率变化率随着裂纹扩展长度的增加可分为3个阶段:缓慢增加、匀速增加和快速增加阶段;固有频率变化率与应力强度因子呈对数线性关系,与裂纹扩展速率曲线相似。最后,评估了缺口应力集中系数对悬臂板疲劳寿命的影响,影响规律符合指数函数模型。

缺口对悬臂板裂纹扩展和固有频率演变的仿真分析

选取不同初始缺口长度的悬臂板为研究对象,对其裂纹扩展和固有频率演变进行数值研究。首先,建立一种基于ABAQUS-FRANC 3D的联合仿真分析方法,ABAQUS用于结构的有限元分析,FRANC 3D基于ABAQUS的数值结果进行裂纹扩展仿真。其次,评估了初始缺口长度对裂纹扩展行为与固有频率演变的关系。研究表明,悬臂板初始缺口长度越大,固有频率随裂纹扩展长度的衰减速度越快,且固有频率变化率随着裂纹扩展长度的增加可分为3个阶段:缓慢增加,匀速增加和快速增加;固有频率变化率与应力强度因子呈对数线性关系,与裂纹扩展速率曲线相似。最后,评估了缺口带来的应力集中系数对悬臂板疲劳寿命的影响,发现其对寿命的影响规律符合指数函数模型。

硬质合金微型钻头固有频率研究及应用

分别利用实验、模拟和计算三种方法对微型钻头的固有频率进行分析,制备了不同直径及长度的未加工螺旋槽棒料和已加工螺旋槽产品,进行固有频率测试并分析不同规格棒料、产品之间频率的差异。根据实验结果总结了微型钻头一阶固有频率的经验公式,与棒料的模拟频率进行对比。结果表明:实验、模拟、计算三种方法表现出较好的一致性,微型钻头的固有频率与直径和长度有较明显的对应关系。针对钻径≤0.4mm、长径比>20的微型钻头,在微型钻头入钻前用经验公式可以较快地计算出微型钻头的固有频率;模拟方法可以较准确地求得微型钻头的多阶固有频率,方便进行共振分析;微型钻头钻孔过程中固有频率随着钻削深度的增加逐渐增大。

安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响

为研究安装状态对汽机旁路阀固有频率的影响规律,根据双梁结构假设和欧拉-伯努利梁理论,建立热态全流量试验管线中汽机旁路阀的横向振动分析模型;基于扫频法和敲击法,分别搭建振动测试平台,测试汽机旁路阀在本体刚性支撑和管线支撑2种安装状态的固有频率;采用ANSYS软件的流固耦合和模态仿真模块,求解实际工况参数下不同管线支撑距离的汽机旁路阀固有频率。研究表明:采用扫频法、敲击法和数值模拟方法获得本体刚性支撑的汽机旁路阀最小固有频率分别为34.5、35、35.41 Hz,符合核电阀门抗震频率要求;管线支撑使汽机旁路阀刚性变弱,固有频率降低约7 Hz;管线支撑位置与汽机旁路阀本体距离越远,固有频率下降程度越大;蒸汽介质与汽机旁路阀的流固耦合作用使固有频率降低。汽机旁路阀实施振动抑制措施时,应避免接近实际安装状态的固有频率及其倍频,亦可调整管线支撑与阀门距离增加或减小固有频率,从而实现有效抑振。

悬臂厚板弯曲振动固有频率分析计算

平板结构广泛应用于航空航天、机械、土木工程等方面,与人类生活息息相关。此前,对平板结构的分析计算主要有平板静力分析、薄板的振动、采用假设的厚板振动研究等。随着科学技术的进步,这些研究已经无法满足工程实际需要。基于Mindlin板弯曲振动动力学方程和精确化平板弯曲振动动力学方程对悬臂厚板动力学问题进行振动模态分析,给出问题的分析求解过程,并通过数值算例计算出板的固有频率并进行分析,希望能够给厚板的动力学研究提供借鉴。

不同边界条件下裂纹梁的固有频率分析

对裂纹Euler梁进行分析,将裂纹梁等效为两个子梁,通过弹簧将其连接在一起。根据Fernandez-Saez理论,获得裂纹等效柔度与裂纹相对深度的关系。基于Euler-Bernoulli梁振动方程,通过Ritz法获得梁的自由振动方程,研究一般边界条件下裂纹梁固有频率与裂纹深度、裂纹位置的关系。在弹性边界条件下,给出了不同弹性边界条件组合时基频与边界刚度的关系。

基于共振特性下的人体腰椎固有频率预测方法研究

本文以腰椎共振现象为基础,探索预测腰椎固有频率数值的方法,为外界振动源优化提供帮助,从而尽量避免腰椎共振的发生。同时,针对腰椎有限元模型,施加不同激振频率的振动载荷进行动态有限元分析,找到使其力学参数变化最显著的激振频率(发生了共振),且该频率应接近腰椎固有频率。结果表明:该模型的固有频率为7Hz。

一种考虑檩条锚固柔性的光伏跟踪支架扭转固有频率分析方法

文章针对光伏跟踪支架扭转固有频率计算结果准确度不高的问题,提出了一种考虑了檩条锚固柔性给跟踪支架整体扭转频率带来影响的分析方法,并通过试验对仿真结果进行了验证。其次,对某电站跟踪支架进行了结构改造,提升了其扭转固有频率,并通过现场测试再次验证了分析方法的准确性。

固有频率连续可调的动力吸振器设计研究

振动通常会对周围的人和物造成危害,为避免此危害,在振动体上安装无阻尼动力吸振器是有效控制振动的措施之一。而无阻尼动力吸振器的使用条件是其固有频率需要与振动体的激振频率相等或极为接近。文章提出一种动力吸振器固有频率连续可调的新结构和新理论。在前、后无盖的钢制长方体框架内部,对称安装两根斜置弹簧,两弹簧的上端沿框架上表面可以对称移动,两弹簧下端悬挂同一球形质量块。从理论上确立了弹簧上端的水平位移与弹簧竖向夹角、弹簧的竖向总刚度与弹簧竖向夹角、弹簧的竖向总刚度与弹簧上端的水平位移之间的定量变化关系,并对该动力吸振器的振动控制效果进行实验验证,以期为动力吸振器的设计提供新参考。

大中型卧式异步变频电动机定子固有频率分析

电机变频使用的特殊性,使得变频调速电机启动过程中容易出现共振现象,应充分考虑电动机构件及整体的刚性,预防电动机出现振动及噪声问题,变频电机的设计能否满足用户的要求显得尤为重要,所以定子固有频率的计算是不可缺少的环节。

基于层理和煤阶影响的煤体固有频率特征研究

为探明振动波激励煤体共振增渗技术的优势频率,采用自主搭建的煤体固有频率测试试验系统,依据敲击法测试原理对高、中、低3种不同煤阶的正方体干燥煤样进行三维面固有频率测试和分析。结果表明:汉宁窗较适合煤体振动信号FFT分析,可以准确识别频谱峰值所对应的频率,从而直接得出煤体的固有频率;力锤敲击力度只影响振动信号加速度幅值大小,对煤体固有频率变化无影响;同一煤样平行于层理面的固有频率大于垂直于层理面的,且垂直于层理两个面的固有频率略有差异;受煤基质、矿物质含量等因素影响,高、中、低3种不同煤阶煤样的力学性质不同,这是造成不同煤阶煤体固有频率差异性的主要原因。研究结果可为振动波激励煤体共振增渗技术应用提供理论依据。

风轮固有频率随材质参数变化的规律研究

风轮的固有频率是风电叶片结构安全性设计中的关键参数。然而由于叶片典型的非线性结构特征,导致材质参数对风轮固有频率影响规律的诠释至今仍不够完备。基于这一背景,该文以小型水平轴风电叶片为研究对象,采用数值计算为主、实验测试为佐证的研究方法,深入探究叶片的固有振动频率随密度、弹性模量和泊松比变化的响应规律。研究发现:风轮1、3阶振型和2阶对称振型的固有频率值随着密度的变化呈现十分明显的二次方曲线规律,2阶反对称振型则呈比较理想的线性规律;风轮1阶、2阶振型固有频率值随弹性模量的变化亦呈十分明显的二次方曲线规律,3阶振型固有频率变化则表现出十分明显的线性特征。相关研究成果对于叶片结构性能的设计与优化具有较有益的参与价值。

轴向载荷对任意弹性约束梁固有频率影响的新分析

对Bernoulli-Euler梁受轴向载荷时的横向振动特性进行分析。获得满足受轴向载荷梁自由振动微分方程的挠度函数的解析表达式,并给出两端为任意弹性约束梁固有频率方程的解析形式,从而可求解出各阶频率和对应的各阶模态。得到5种经典边界条件下受轴向力梁频率方程的简洁形式,选取其中4种边界条件梁进行数值计算。所得结果与利用动刚度法与Wittrick-Williams算法的结果一致。对于5种含有弹性约束边界且受轴向载荷梁,给出其固有频率方程的解析形式及特定轴向力下频率的数值解。所得解析频率方程是精确的,可校核其他数值方法的精度,且在振动优化和模态分析上具有较好的参考价值。结果表明:在轴拉作用下梁的无量纲频率明显比在轴压作用下梁的无量纲频率大;且轴拉时梁无量纲频率随着轴向拉力的变大而逐渐变大;轴压时梁的无量纲频率随轴压力的变大而变小,其中轴压力的值应不超过欧拉临界力。还给出若干种边界条件时轴力对梁基频影响系数的实用公式,误差不超过1%。

三角剪切型压电加速度传感器固有频率计算及优化

针对应用于高温环境的剪切型压电加速度传感器,建立了固有频率的计算模型,研究了刚度和几何结构参数对加速度传感器固有频率的影响。研究结果表明:该模型计算结果和有限元仿真结果基本一致。三角支柱的法向刚度对传感器整体刚度的影响最大。中心支柱的几何尺寸对固有频率影响最大,质量块的长宽以及压电片高度对固有频率也有较大影响。优化后的传感器实物样品,固有频率较优化前实现了约20%的提升,符合理论变化趋势。该计算模型和计算结果有助于优化三角剪切型压电加速度传感器。