巷道高空作业机构的设计与模态分析

介绍了巷道架棚设备所用的高空作业机构的结构及其在使用过程中的受力状态,通过对2种工况的静力学分析得出了高空作业机构最恶劣的受力状态。最后对四级伸缩机械臂做了8阶模态分析,验证了四级伸缩机械臂不会与整机发生共振现象,为整机结构设计提供了部分理论基础。

模态分析方法综述

综述模态分析在研究结构动力特性中的应用,介绍模态分析的两大方法:数值模态分析与试验模态分析。并着重介绍目前的研究热点———工作模态分析,对其方法存在的问题进行评述。

基于模态分析的多逆变器系统串并联谐振特性分析

基于模态分析的多逆变器系统谐振分析方法能够获得系统准确的谐振定位,但在谐振类型辨识方面存在不足。该文提出一种基于模态分析方法和参与因子计算的多逆变器系统谐振辨识方法。考虑线路阻抗,建立计及电容电流有源阻尼的逆变器诺顿等效模型。当逆变器组合变化时,对比串、并联谐振模态分析结果的差异。通过对系统谐振类型的划分,获取不同类型谐振的特征信息。针对不同类型谐振选择特定的模态分析方法,借助参与因子表现实现谐振类型辨识。最后,搭建仿真电路模型和实验平台,通过仿真和实验验证所得结论的正确性。

直升机机载设备运行模态分析方法

随着直升机任务需求的多样化,直升机上加装的设备也日益增多。为有效降低机载设备的振动水平,让设备在直升机的振动环境下能稳定可靠运行,了解机载设备的模态是非常有必要的。机载设备的试验模态分析一般是在直升机处于地面静止不通电状态下进行的,但这种方法并不适用于所有设备。

隐变量模型及其在贝叶斯运营模态分析的应用

贝叶斯FFT算法是运营模态分析的最新一代算法,以其准确性高、计算速度快、可有效进行不确定性度量等优点受到广泛关注。然而,现有贝叶斯FFT算法针对不同情况(稀疏模态、密集模态、多步测试等)需采用不同优化算法,且编程实现极为复杂。为此,本文旨在提出针对不同情况的贝叶斯FFT算法的统一框架,并实现模态参数的高效求解;视结构模态响应为隐变量,建立贝叶斯模态识别单步测试和多步测试的隐变量模型框架;针对提出的隐变量模型运用期望最大化算法实现各种情况下模态参数的统一贝叶斯推断,利用隐变量解耦模态参数优化过程,采用Louis等式间接求取似然函数的Hessian矩阵。通过两个实际工程测试案例,并与现有方法对比,验证所提方法的准确性和高效性。分析结果表明,本文所提算法与现有方法结果相同,但其推导简单、易编程,尤其对于密集模态识别问题具有明显的计算优势。本文为贝叶斯模态识别建立起统一的隐变量模型框架,在很大程度上简化原本繁琐且冗长的推导过程,提高计算效率,同时也为应用变分贝叶斯、吉布斯采样等算法求解贝叶斯模态识别问题提供了可能。

不同内固定方式治疗股骨颈骨缺损骨折的静力学与模态分析

目的 探讨不同内固定方式治疗股骨颈骨缺损骨折的静力学特征以及固有和约束模态对内固定的影响。方法 首先基于CT图像建立伴有股骨颈内固定系统(femoral neck system,FNS)和倒三角空心钉(cannulated screw,CS)两种不同内固定装置的股骨颈骨折模型与股骨颈骨缺损骨折模型,然后模拟3倍体重载荷下,不同骨折内固定模型的应力、位移分布及峰值以及模态下的位移峰值、频率以及固有和约束模态振型。结果 两种内固定方式下,股骨颈骨缺损骨折的内固定应力峰值(337.69 MPa,618.58 MPa)显著高于股骨颈骨折模型(149.38 MPa,300.57 MPa),股骨头应力峰值(107.75 MPa,93.78 MPa)与位移峰值(5.244 mm,4.415 mm)也都高于股骨颈骨折模型[(95.73 MPa,85.64 MPa),(4.367 mm,3.478 mm)]。在骨折类型相同的情况下,FNS内固定模型相比CS内固定模型具有更低的位移峰值以及更加均匀的应力分布。模态分析结果显示,振动对于内固定的稳定性有一定影响,约束模态的振型频率范围要小于固有模态。固有模态下FNS的位移峰值较CS降低了6.99%,约束模态下位移峰值降低了14.02%。结论 骨缺损会严重破坏内固定的力学环境,无论是普通骨折模型还是骨缺损骨折模型,FNS固定的静态与动态特性都要优于CS固定。临床治疗中要考虑股骨及内固定器械的固有、约束频率所产生的影响,避免因共振而造成内固定失效等问题。

机电一体化背景下协作机器人动力学建模及模态分析

基于旋量理论,建立机器人刚性关节动力学模型和柔性关节动力学模型,借助CAD辨识法获得六个连杆及关节的质量、质心位置、惯性张量,运用Solidworks、MATLAB软件建立仿真模型,检验了动力学模型的有效性。最后通过ANSYS软件分析机器人的模态,计算出前两个低阶固有频率,为抑制振动效应提供了理论依据。

某平推式桥梁展开工况下模态分析与试验研究

为了研究桥梁架设中的振动问题,以一种平推式桥为研究对象,针对桥架设过程中最危险的展开桥工况,建立了展开桥的柔性多体动力学模型,并进行了模态计算和试验研究。结果表明:1阶振动的计算值为0.5447 Hz,实测值为0.5072 Hz,振型为横向弯曲,试验结果与模态计算值接近,最大误差为6.8%,验证了有限元模型的准确性;在展开桥工况下,结构自振频率梯度明显,识别度高。

“模态分析”课程中信号处理案例教学探究

振动信号处理是模态中的关键步骤,针对现有“模态分析”课程中对信号处理重视不够的问题,通过引入案例式教学法,以振动信号处理在模态分析中的应用为背景,生动地展示离散傅里叶变换、快速傅里叶变换和短时傅里叶变换等多种信号处理方法的区别和联系,引导学生由浅入深地理解傅里叶变换的基本原理、变换目的和工程应用,激发学生的学习兴趣,提高教学质量。采用仿真的微电机转子的不平衡信号,验证了FFT能够有效消除转子系统的模态对振动信号的影响,并提取出不平衡信号的幅值和相位。

青少年特发性脊柱侧弯全脊柱的有限元模态分析

背景:人体处于振动环境时,会引起脊柱损伤,特别是脊柱侧弯患者,目前尚未涉及脊柱侧弯患者T1-骨盆全脊柱在自由状态下的固有模态信息。目的:利用有限元方法分析脊柱侧弯患者全脊柱的动力学特性。方法:基于CT扫描图像建立1例11岁胸腰双弯脊柱侧弯患者T1-骨盆全脊柱三维有限元模型,胸腰段侧弯Cobb角分别为36°和24°,利用有限元方法进行全脊柱自由状态下的模态分析。结果与结论:提取脊柱的15阶自由模态,获得侧弯全脊柱的动态特性:脊柱共振频率分布集中,胸椎段为全脊柱模型变形最严重的椎段,胸弯曲椎体比腰弯曲椎体振幅大。模态分析脊柱侧弯患者处于振动环境中的振动特性,确定侧弯脊柱的固有频率、振型和振幅等振动参数,对脊柱侧弯的振动特性分析等方面具有重要意义。

面向电流信息与模态分析的工业机器人关节振动求解研究

在工业机器人健康监测中,针对需采用振动传感器对机器人各关节逐一检测而引起测试成本剧增问题,提出一种基于电流信息与模态分析的关节振动求解方法,该方法可由关节电流经模态转换直接获取关节振动信息。首先,将关节电流信息引入,建立基于关节电流的工业机器人振动模型。然后,由有限元法进行模态分析获取机器人前6阶振型,便于后续模态试验优化测点布置。接着,在力锤激励试验中,基于优化后的测点,测取工业机器人系统质量、刚度等模态参数。之后,将驱动力矩与模态参数带入该模型进行龙格库塔数值求解,得到机器人各关节振动响应。最后,在指定关节转角运行的关节单动与联动实测振动数据验证了本文提出算法的正确性。

榛子捡拾收获机分选装置拓扑优化设计与模态分析

榛子收获机分选装置是榛子捡拾收获机的重要组成部分,直接决定了榛子分选效果和机体的使用寿命。为提高榛子捡拾分选结构稳定性,对装置整机结构进行拓扑优化设计及模态分析。首先,阐述了榛子收获机结构设计及工作原理,并建立榛子捡拾收获机的三维实体模型;然后,通过有限单元法对榛子捡拾收获机进行静力学分析,并通过变密度法对底部车架结构进行拓扑设计,建立优化后的分选装置模型,底部车架在满足使用性能的前提下质量降低了49.9%;最后,对优化后的整机模型进行了模态和谐响应分析。模态结果显示优化后前6阶固有频率分别为11.18、17.34、22.04、23.85、36.68、39.61Hz,谐响应结果显示分选装置在11.0Hz和17.5 Hz频率时易产生共振现象。其中,最大谐峰值出现在第1阶、2阶处。对成型装置进行试验,结果表明:分选装置能满足各项作业要求,且工作稳定,可为榛子捡拾收获机进一步优化设计提供理论参考。

门式精密数控机床结构模态分析与优化研究

以一种门式精密数控机床的主体结构为研究对象。首先,采用有限元分析法对该机床结构的前四阶模态固有频率和振型进行计算模态分析,得到其前四阶模态固有频率分别为186.04、241.18、321.51、382.51 Hz,并分析了其模态振型变形趋势;然后,通过模态分析试验系统对机床进行试验模态分析,得到机床的前四阶模态固有频率和振型,以及第一阶模态固有频率相对较低,振型为机床前后俯仰运动等结果,与计算模态分析结果一致;最后,计算模态分析与试验模态分析的结果对比表明,横梁与滑枕的配重过大、立柱和主轴箱的结构抗弯能力不足是机床结构的薄弱环节,并针对薄弱环节提出了相应的优化方案,为门式精密数控机床的优化设计及动态特性提升提供了理论参考依据。

约束Green函数与非线性地基梁模态分析

在生物和医学领域,微机电系统(MEMS)中的微梁结构在植入人体的使用时,由于体内的细胞环境类似于水凝胶,在这种环境下工作,设备和仪器的精度和稳定性很大程度上受到细胞弹性的影响.为了分析此类地基梁的动力学问题,本文建立了非线性基础上的梁振动模型,研究了任意位置弹簧和非线性弹簧基础上的梁模态.通过Laplace变换和线性叠加原理,得到了一种约束Green函数,利用数值计算验证方案的有效性,并研究了各种重要物理参数的影响,发现弹簧位置向跨中移动时,模态对称性被打破,弹簧刚度增加,模态阶数改变.

基于线性等效模型的堆叠式多星组合体模态分析

堆叠式多星组合体是一种新型的一箭多星发射结构布局形式.多星组合体中的卫星采用平板构型,平板卫星上下相邻两层支脚相互接触,并由连接杆施加预紧力将其整体压紧.针对这种连接形式的多星组合体结构,文章提出了一种建立其线性等效力学模型的方法,并开展了模态分析.根据组合体中子结构形式及其受力特点,分别将连接杆等效为受轴向预紧力作用的欧拉-伯努利梁模型,以及将中间卫星连接体等效为附加集中质量点的铁木辛柯梁模型,分别求取了二者在固定时刻随轴向坐标变化的振型函数.通过将连接杆和卫星连接体等效模型振型函数联立求取了组合梁整体的振型函数,并根据并联U型梁边界协调原理确定的约束条件,求取了组合梁振动的频率特征方程.通过将组合体有限元模型求解结果与理论模型求解结果进行对比,验证了理论模型的正确性.此外,探究了预紧力、连接杆材料、支脚材料和有效载荷质量对组合体振动特性的影响规律.提出的等效方法,可为堆叠式多星组合体结构设计以及刚度匹配要求提供相应的指导.

采棉机机架模态分析与优化

采棉机在工作时,会因载荷激励而导致机架振动,当激励频率在机架固有频率范围内,会产生共振现象,对采棉机产生影响。为提高采棉机工作性能,对采棉机机架进行模态分析,得到机架前6阶模态参数,通过分析振源激励特性,发现机架一阶和四阶模态频率处在振源激励区间,将其与机架质量设为优化目标,机架各尺寸设定为设计变量;对机架进行灵敏度分析,基于CCD抽样设计并运用Kriging方法拟合响应面,运用多目标遗传算法得到5个优化方案,结合熵权法与线性加权法,其中方案1综合得分最高是最佳设计方案。优化后机架一阶模态频率97 Hz降低到91 Hz,四阶模态频率225 Hz增加到230 Hz,远离发动机激振频率100 Hz和220 Hz;质量为688.8 kg降低1.5%。经静力学与谐响应分析验证,优化后的机架满足工作要求。

基于ANSYS的模切机曲轴静力学与模态分析

模切机曲轴的性能影响模切的速度和精度。本文分析现有模切机曲轴特性,对曲轴进行有限元分析,运用Solidworks软件建立曲轴三维模型,导入ANSYS Workbench软件模拟分析曲轴在模切机工作时的静态力学特性以及曲轴的振动特性,得到了应力、应变云图和模态振型图。静力分析结果表明,最大应力为242.54MPa,小于轴的屈服极限强度,符合实际要求。模态分析结果表明,曲轴在低阶频率下以弯曲变形为主,最大振型位移出现在曲轴的两端;在高阶频率下以弯曲和扭转变形为主,主要发生在曲轴的两端连接肘杆的轴端。得到该曲轴的最小固有频率,为该曲轴的可靠性分析、疲劳强度校核提供计算依据。

汽车方向盘结构设计及模态分析

随着汽车的逐渐普及,汽车的安全性及舒适性越来越受到消费者的关注,汽车方向盘是汽车内饰的重要功能件之一,其设计的好坏关系到驾乘人员的安全及驾驶体验。基于此,文章简要概述了方向盘的结构设计要点,如与转向管柱、DAB等的配合关系,同时为证明设计的可靠性,对设计进行相关性能验证,并使用有限元分析软件HyperMesh和ABAQUS对方向盘进行模态分析。仿真结果表明,方向盘一阶、二阶模态分别为83.5 Hz、110.4 Hz,方向盘模态满足设计要求。

基于ANSYS水环真空泵转子静力学和模态分析

水环真空泵具有构造简单、等温压缩、方便使用维修等特点,特别适合抽吸和压缩易燃易爆气体。转子部件在水环真空泵的稳定运行中发挥关键作用,其设计强度直接影响着产品的质量和寿命。通过ANSYS有限元分析软件对转子部件进行了静力学分析和模态分析。结果表明:水环真空泵泵轴和叶轮最大变形量均未超过材料允许的变形量。通过模态分析可知水环真空泵工作转速远低于转子系统的一阶临界转速,系统不会发生共振。研究验证了水环真空泵的工作可靠性,为转子部件以及产品整体结构优化设计提供了理论依据。

芦苇夹持输送装置台架的静力学及模态分析

相比于北方芦苇,南方芦苇秆更高、直径更粗,给芦苇收获带来了极大的困难,而目前国内缺少针对高秆芦苇的收获机械,大多采用人工收获或改装其他作物收割机收获,效率远不能达到要求。为此,对南方芦苇茎秆过高进而导致输送过程中发生倒伏、卡死等问题,设计了一种芦苇夹持输送装置台架。为了确保台架工作的可行性,采用Ansys软件对台架结构进行静力学分析,得到了机架的应力云图和变形云图,验证了其强度刚度;对台架结构进行模态分析,得到了台架的8阶固有频率,分析了台架受到的所有外部激励,并通过对比分析验证了台架的稳定性。