基于COMSOL的气浮轴承动态刚度分析

针对气浮轴承的性能分析对于气浮轴承的高效及可靠应用有着重要的作用,COMSOL软件可以轻松完成气浮轴承的静压薄膜、负载计算,然而通过仿真分析动态刚度来确定空气轴承的稳定性却非常困难。文章阐述COMSOL完成气浮轴承频域分析的具体过程,通过对频域扰动分析参数的调整,并通过对气浮轴承的仿真计算验证该分析方法,结果证明:该分析方法适用于各种气浮轴承的设计分析,包括多物理场分析。

疲劳对跳跃着陆过程中下肢关节动态刚度的影响研究

目的动态刚度考虑了肌肉活动对关节位移的影响,是分析运动模型、评估运动表现的重要指标。本研究旨在对比疲劳前后下肢关节在跳跃着陆任务中刚度的动态变化,提升下肢关节在运动过程中贡献的可解释性。方法本研究随机招募了20名健康男大学生作为研究对象,受试者双手叉腰分别从40、80 cm高度无初速度垂直落地,通过负重深蹲进行疲劳诱导后重复以上测试。实验中采用三维测力台和运动捕捉系统采集相应数据,每组测试采集3次有效数据。建立角度和力矩的二阶多项式回归模型,以每个数据点斜率的平均值作为动态刚度表征关节力学特性。结果在跳跃着陆过程中,从触地时刻到垂直地面反力最大时刻,疲劳和高度增加会导致膝关节动态刚度的降低和踝关节动态刚度的增加,同时,疲劳也增加了髋关节的僵硬度。从垂直地面反力最大时刻到膝关节最大屈曲时刻,疲劳或高度增加,髋、膝、踝3个关节动态刚度一致增加。结论下肢三关节的生物力学行为在整个着陆过程发生变化,髋、膝与踝关节刚度的有效调控有利于提升运动表现。在疲劳和高度增加后,关节的僵硬度增加会导致更高的损伤风险,而在着陆的不同阶段,3个关节相互作用并动态调节刚度可以有效维持关节稳定性。

支撑跳跃着陆技术优化与下肢动态刚度控制策略研究

目的支撑跳跃是军事训练中速度越障项目中常见的技术动作,其着陆动作具有高度动态、复杂和危险的特点。本研究旨在通过监测不同能力水平受试者的着陆过程,分析其风险因素和控制策略,并为新兵训练提供指导。方法招募了不同训练经验的参与者(包括服役时间超过2年的退伍军人-Veteran和年龄相符的健康大学生-Novice),并使用3种不同的着陆技术(前足、后足、个人偏好)开展了速度越障实验。通过动作捕捉和三维力台系统来采集他们着陆过程中的运动学和动力学数据,并结合运动学、动力学、下肢动态刚度来分析不同训练经验受试者在采用不同着陆技术时的下肢控制过程。结果与Novice相比,Veteran在着陆过程中表现出膝关节屈曲速度更快且更稳定,膝关节内外翻的活动范围和内旋活动范围显著较低。在采用前足和个人偏好的着落技术时,Veteran所受地面反力冲击更小。动态刚度结果显示,Veteran着陆过程中胫骨受到的前向剪切力更小,膝关节刚度控制能力更强。在承受地面反力首峰和次峰时,Veteran采用逐渐降低刚度的软着陆策略,并且在承受首次冲击后膝关节刚度具有迅速恢复能力。结论新兵在训练中应尽量选择前足着陆技术,并在着陆中采用更加柔软的方式控制膝关节刚度,以降低膝关节损伤风险。

动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程,给出动压气体轴承动态刚度和动态阻尼系数普遍适应的计算方法。进行有限元数值仿真,计算动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数,并重点研究轴颈扰动频率和不同轴颈扰动频率下的轴承静态载荷及轴承数对这些系数的影响。从理论上解释动压气体轴承的动态刚度和动态阻尼系数与轴颈扰动频率的密切相关性。

预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响

以滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,建立考虑预紧的高速角接触球轴承动力学模型.依据赫兹接触理论,给出考虑预紧的轴承径向刚度、轴向刚度和角刚度计算表达式.以7012/CD轴承为例,分析预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响.分析结果表明,定位预紧下轴承的径向刚度随转速的增大而增大,而轴向刚度和角刚度随转速的增大,先增大后减小;定压预紧下,轴承径向刚度受转速影响较小,而轴向刚度和角刚度随转速增大急剧下降.当轴承转速较高时,采用定位预紧较定压预紧可获得更高的刚度.

车辆发动机悬置处的动态刚度仿真研究

基于有限元分析方法,采用无质量和阻尼的单自由度振动系统的加速度导纳作为评价准则,提出了一种用加速度导纳频率响应函数来对发动机悬置在车身上安装点的动态刚度进行评价的方法。通过建立某轿车的车身和发动机悬置支架的有限元模型及其与车身室内声腔的声固耦合模型,对该安装点的静态刚度和动态刚度进行了对比分析,并计算出该安装点在单位简谐载荷作用下的驾驶员耳旁声压响应,以便研究动态刚度对车身振动和噪声的影响。研究结果表明,动态刚度分析与静态刚度以及声学响应分析结果基本一致,因而采用加速度导纳进行动态刚度评价能够全面地反映车身的噪声、振动与舒适性能。

带滚珠丝杠副的直线导轨结合部动态刚度特性

借助弹性力学中的赫兹接触理论,分析计算直线滚动导轨的线刚度、滚珠丝杠副和角接触球轴承的轴向刚度,建立带滚珠丝杠副的机床直线导轨结合部的动力学特性理论模型,开发了计算软件;以一款立式加工中心为研究对象,分析计算带滚珠丝杠副直线导轨结合部动态刚度,着重讨论工作载荷对结合部动态刚度的影响规律,基于有限元法分析含结合部动态参数的加工中心整机动态特性。研究结果不仅突破了目前机床直线导轨结合部刚度模型不考虑滚珠丝杠副之缺陷,而且与传统的参数识别法和有限元法相比,具有物理概念清晰、计算过程简单等特点。

扰动频率对动压气体轴承动态刚度和阻尼系数的影响

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程,给出了动压气体轴承动态刚度和阻尼系数普遍适用的计算方法.进行了有限元数值仿真,计算了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数,并重点研究了扰动频率对这些系数的影响.计算结果表明,动压气体轴承的动态刚度系数随着扰动频率的增大而增大,动态阻尼系数随着扰动频率的增大而减小.从理论上解释了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数与扰动频率的密切相关性.

基于模态柔度的机床结合部动态刚度正交优化方法

针对合理分配机床结合部动态刚度的需要,提出一种基于模态柔度理论的机床结合部动态刚度优化方法。该方法通过计算机床各阶模态柔度比判定对机床动态特性影响显著的薄弱模态,建立以几个薄弱模态的最小模态柔度为目标函数的多目标优化模型。为提高优化计算效率,引入了灰色系统理论中的灰关联分析法与正交试验设计。以1台精密卧式加工中心为例,将该方法应用于立柱-主轴系统分布的直线导轨、滚珠丝杠和螺栓结合部动态刚度的优化设计,识别出X向直线导轨结合部动态刚度对机床动态特性影响最为显著,并确定了1组结合部动态刚度的最优解。数值仿真和试验结果验证了该方法的有效性与工程实用性。

机械密封浮动环处O形密封圈动态刚度和阻尼的测量

利用INSTRON高频疲劳试验机对O形辅助密封圈进行松弛试验,获得气体和水润滑2种状态下O形辅助密封圈载荷随时间的变化曲线,通过数据处理获得其轴向动态刚度和阻尼,根据经验公式进一步确定其角向刚度和阻尼。分析O形辅助密封圈在气体和水润滑下动态刚度和阻尼随着加载频率、位移、转速的变化规律。结果表明:在气体和水润滑下,在一定范围内辅助密封圈的动态刚度和阻尼值随加载频率的升高而增大;在水润滑状态下,随着加载位移量的增大,辅助密封圈的动态刚度和阻尼值逐渐变小;在气体和水润滑下,都存在一转速临界值,在临界值之前,随转速的增加,轴向动态刚度增大,轴向动态阻尼减小;在临界值之后,轴向动态刚度和阻尼值不再变化,稳定在某一值。

多层波纹管动态刚度的影响因素研究

采用有限元分析软件对多层无加强U型波纹管的动态特性进行了分析。利用参数化设计语言(APDL)建立了波纹管有限元模型并对其进行模态分析,分析了含夹层阻尼的多层波纹管的几何参数,如波纹管的波高、波距、直径、壁厚等对波纹管动态刚度的影响及其变化规律。通过振动试验,验证了有限元分析结果的正确性,其结果对波纹管的设计研究提供了一定的参考依据。

基于非线性有限元算法的空气弹簧横向动态刚度研究

基于非线性有限元算法,建立了轨道车辆空气弹簧的横向刚度计算模型,其中考虑了橡胶特性、帘线层布置、流固耦合及裙板接触等非线性因素。计算结果表明:在研究空气弹簧横向特性时,可以忽略附加空气室与节流孔的作用,但不能忽略应急橡胶弹簧的影响。将空气弹簧的横向反力计算结果与试验结果进行对比,发现两者误差在6%以内,验证了模型的正确性。通过对空气弹簧横向动态刚度的研究发现:空气弹簧横向动态刚度对横向激振的频率与振幅是不敏感的,但对振动的平衡位置十分敏感;空气弹簧的横向动态刚度随平衡位置的增加而增加,且平衡位置越大横向动态刚度的增速越大。这种空气弹簧横向动态刚度的非线性特性,有利于提高轨道车辆的横向平稳性与稳定性。

动态刚度阵法在船体总振动计算中的应用

采用动态刚度阵法计算船体总振动的固有频率。该方法不但能简化计算模型,而且能获得较高精度的高阶固有频率。首先通过直接求解等直Timoshenko梁单元的运动微分方程,导出考虑剪切变形和转动惯量影响的平面梁单元动态刚度阵的解析表达形式;其次采用Wittrick-Williams算法结合二分法求解特征值;最后采用本方法计算299500DWT超大型油船船体总振动的固有频率,并分别与一维梁有限元法和三维全船有限元法计算结果以及实测值进行比较,验证了方法的精确性和有效性。

大型矿车发动机橡胶悬置静、动态刚度特性研究

大型矿车的发动机质量巨大、安装方式独特,对其发动机悬置的静、动态刚度特性进行研究具有重要意义。采用显式有限元计算方法对大型矿车的发动机橡胶悬置进行了静、动态刚度特性分析,并在试验台上进行试验来检测数值仿真的精度,结果表明:大型矿车发动机悬置的静刚度仿真测试相对误差在8%以内、动刚度仿真测试相对误差在15%以内,这说明仿真与测试结果较为吻合,可以在结构设计阶段通过数值模拟的方式预测其静、动态刚度特性。研究结果对大型装备悬置系统的结构设计、缩短研发周期以及预防振动噪声具有参考价值。

圆柱滚子轴承的动态刚度分析

依据拉格朗日定理,在考虑Hertz弹性变形和弹性流体动压润滑的情况下,建立了圆柱滚子轴承旋转过程中的动态刚度模型,并用试验验证了动态刚度模型。通过模型分析了在径向载荷作用下,圆柱滚子轴承的动态刚度是随轴承的旋转而周期性波动的,波动的大小与轴承的润滑、载荷、径向游隙、滚子数和轴承转速等有关,润滑的存在使轴承的动态刚度增大。

基于动态刚度阵法的加筋板间能量流研究

采用动态刚度阵法研究耦合加筋板间的能量传输关系.首先以带加筋的中厚矩形板为研究对象,推导了加筋板的动态刚度阵,为动态刚度阵方法提供了一种新单元.板的运动微分方程由Mindlin厚板理论给出,同时还考虑了板平面内的振动.对于板上加强筋的处理,则通过Hamilton原理对板的运动方程作相应的修正,最终得到加筋板的运动微分方程.而方程的解析解直接用于单元刚度阵的推导,所得加筋板单元的动态刚度阵结合均方响应表达式即可计算出加筋板的平均振动能量.最后以L形耦合加筋板间为例,采用动态刚度阵法计算其在中高频区域内的振动能量比,并通过与统计能量分析方法和有限元方法的计算结果比较,验证了方法的可行性和高效性.

带有加强筋的Mindlin板动态刚度阵法

以加筋中厚矩形板为研究对象,推导了加筋板的动态刚度阵,为动态刚度阵法提供一种新单元。板的运动微分方程由Mindlin厚板理论给出,同时还考虑了板平面内的振动。对于板上加强筋的处理,则通过Hamilton原理对板的运动方程作相应的修正,最终得到加筋板的运动微分方程。而方程的解析解直接用于单元刚度阵的推导,所得加筋板单元的动态刚度阵结合传统有限元方法的单元组装和求解方法即可用于计算整个结构的动力响应。此外,还给出了加筋板单元的均方响应计算公式,可用来计算结构的平均振动能量。最后通过数值算例验证本文方法,计算结果与传统有限元方法进行分析比较。

动态刚度阵法的研究概况

动态刚度阵法被广泛的应用于工程结构振动分析中,尤其是在需要获得更高阶频率和更高精度的振动问题时。因为它不像传统的有限元方法和其它的近似方法,该方法通过极少的自由度就能较精确地计算出无数个固有频率和固有振型,所以也被称为精确方法。该方法的所有假设仅来自于建立该单元运动微分方程的经典理论,所形成的动态刚度阵是固有频率的超越函数,解决这类超越特征值问题的有效方法是W illiam s-W ittrick算法。

基于ADAMS/VIEW的单个空气弹簧模型的动态刚度分析

空气弹簧由于具有非线性刚度特性、容易得到较低的振动频率、自动避开共振、抑制共振振幅等优点,被广泛应用于轨道车辆的转向架上.针对CMT高速车的垂向振动问题,利用ADAMS/VIEW建立了非线性空气弹簧的等效模型,并对其进行了仿真分析.结果表明:空气弹簧的动态刚度随位移的变化呈非线性变化,载荷的极值点与位移的极值点不重合.

汽车发动机支承软垫动态刚度与阻尼的测试

通过对单自由度强迫振动的原理分析,就如何应用MTS电液伺服材料试验机实现对橡胶隔振元件动刚度和阻尼系数的测定以及对动态信号的回归分析方法,进行详细的论述。