考虑齿距累积误差的圆柱齿轮动态磨损分析

齿距累积误差是齿轮传动系统中广泛存在的一种制造误差。考虑齿距累积误差,基于轮齿承载接触分析方法建立载荷分配模型,从而得到啮合刚度和空载传递误差,并将其导入齿轮转子动力学模型中计算系统振动响应。基于所得到的动态载荷和Archard磨损理论,建立齿轮动态磨损预测模型。分析了齿距累积误差对啮合特性、响应特性以及磨损分布的影响。结果表明,齿距累积误差会引发齿间载荷分配和齿间磨损的不均匀性,导致振动响应中出现轴频、追逐齿频率和组合状态频率等频率成分;轻微磨损有助于缓解齿间载荷分配不均,但剧烈的磨损会恶化均载特性,导致振动加剧;采用追逐齿设计可以使磨损不均匀性系数降低约30%。研究结果可为齿轮磨损机理研究和齿轮参数设计提供理论依据。

斜盘式轴向柱塞泵壳体动态特性分析

基于斜盘式轴向柱塞泵的几何参数、运动学参数和液压参数建立泵转子的动态平衡方程。求解动态平衡方程,并从泵转子和壳体之间的三大载荷传递路径入手,逐一确定滑靴、轴承和配流盘等运动部件对壳体的动态载荷。用运动部件对壳体的动态载荷等效它们之间的相互作用,从而实现壳体结构与运动部件的单向解耦。建立柱塞泵壳体有限元模型,采用试验模态分析验证模型的正确性。在壳体结构上施加不同工况下的动态载荷,计算壳体结构的动态响应,并用试验数据验证,进一步地,基于振动烈度评估壳体结构的振动大小。斜盘式轴向柱塞泵壳体动态特性分析为面向减振降噪的壳体结构优化设计奠定基础。

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论,采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场,并采用Green应变张量描述应变能,用Hamilton原理建立系统动力学方程,揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散,基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明,旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大,从而只存在一阶临界转速,且当中心刚体半径超过临界半径时,不存在临界转速。

压电悬臂梁的动力学建模与主动控制

为计及压电层的刚度特性,基于一阶剪切变形理论推导压电层合梁的抗弯刚度,由Hamilton变分原理建立压电层合梁的有限元模型,采用模态叠加方法对有限元模型降阶。在应变最大处配置制动器和传感器,基于鲁棒极点配置算法对低阶系统设计状态反馈,配置极点至期望位置。把针对低阶系统设计的控制器作用于原系统以实现振动主动控制。数值算例验证了这种力学建模方法和控制器设计方法的有效性。

复合材料层压板疲劳寿命预测方法

测定了碳纤维/树脂基T300/QY8911复合材料的3组典型单轴循环应力下的S-N曲线.基于试验数据,建立了多轴循环应力作用下单向板的寿命模型,并通过整合平面应力分析、失效分析和材料性质退化模块模拟多向层压板的疲劳失效过程.这种方法试图基于单向板在确定应力比下的疲劳试验结果,预测同种材料体系的任意铺层形式的多向层压板在复杂循环应力作用下的疲劳寿命.对于以分层破坏为主控因素的层压板,基于层间应力的计算结果,用计算面内累计损伤的方法计算分层损伤,层压板的寿命等于分层扩展寿命和分层后子层板剩余寿命之和.考虑分层扩展后,层压板的寿命预测结果得到明显改善.

岸桥起重机随机风振疲劳可靠性分析

基于时域方法研究岸桥起重机的风振疲劳可靠性问题。采用谐波叠加法给出了符合Davenport风速谱的多维脉动风速时间历程,基于Bernoulli方程得到相应的风压时间历程,并将相应的风压荷载作用于有限元模型,采用雨流计数法处理结构关键点的应力响应。基于疲劳失效的Basquin方程、Miner线性累积损伤准则和Goodman平均应力修正方程导出疲劳累积损伤的概率模型。考虑平均风速的概率分布,提出了基于概率累积损伤机制的风振疲劳可靠度和可靠性寿命计算方法,为岸桥起重机的风振疲劳可靠性分析作了一些有益的探索和研究。

变截面压电层合梁自由振动分析

考虑压电材料的质量效应和刚度效应,将表面粘贴或埋入式压电悬臂梁看作变截面梁,研究压电材料对智能结构固有特性的影响。基于一阶剪切变形理论导出压电层合梁的抗弯刚度和横向剪切刚度,计及梁的剪切变形和转动惯量,采用Timoshenko理论推导变截面压电层合梁的频率方程。给出了T300/970压电层合梁和硬铝压电层合梁的前3阶固有频率,并和有限元结果、等截面梁的计算结果进行比较。计算表明,压电材料对压电结构固有频率和固有振型的影响显著,在以振动控制为目标的压电结构动力学建模过程中,有必要考虑压电材料的质量和刚度。

实验模型和有限元模型的混合建模方法

给出了更容易由实验测量的基于剩余动柔度的剩余惯性释放附着模态的定义式,通过部分忽略高阶截断模态的动态效应,给出了剩余质量和剩余刚度的近似表达式,简化了子结构的实验建模过程。提出了基于自由界面模态综合法的实验模型和有限元分析模型的混合建模方法。数值计算表明,基于剩余动柔度的剩余惯性释放附着模态更容易通过实验获得,而对剩余质量和剩余刚度的近似处理并不影响模态综合的精度。

压电结构的热弹性比拟建模方法

通过比较逆压电效应本构方程和热弹性本构方程,在线性范围内建立逆压电效应和热弹性效应的比拟关系:将驱动电压比拟为温度载荷,压电应变系数比拟为热膨胀系数,用热弹性有限元方法分析逆压电效应,并采用热弹性比拟方法求解基于长度伸缩逆压电效应和厚度剪切逆压电效应的驱动器问题,给出了平面结构“热-机-电”耦合问题的热弹性比拟求解方法。热弹性比拟方法为快速建立复杂压电结构的有限元模型提供了一种有效的途径,可缩短复杂压电主动结构的设计周期,降低设计成本。最后给出数值算例说明文中方法的有效性。

基于有限元和系统辨识的智能结构主动控制

探讨了一种压电智能结构的设计方法,包括动力学建模、控制器设计和闭环系统有限元仿真。首先采用有限元方法计算滤过白噪声激励下压电智能结构的响应,以此响应作为系统辨识方法的输入,采用基于观测器/K a lm an滤波器的系统辨识方法(O bserver/K a lm an filter iden tification,OK ID)得到系统的M arkov参数,亦即单位脉冲响应的采样值,然后采用特征系统实现算法(E igensystem R ea lization A lgorithm,ERA)得到系统的最小实现,基于此模型采用LQG优化算法设计鲁棒控制器,并将反馈控制引入有限元模型进行闭环系统仿真,根据仿真结果评价设计方案。此方法克服了有限元模型无法直接用于控制器设计的缺点,通过将反馈控制引入有限元模型,可用有限元方法研究控制器的性能,也适用于设计其它复杂智能结构。

CVT谐波测量仿真分析

通常认为电容式电压互感器(CVT)在谐波环境下,尤其在高频谐波环境下,因其工作特性,无法准确反映一次侧电压信号,更无法用于谐波含量测量。现有研究大部分通过建立CVT模型,研究其传递函数特性,以及分析模型中各个参数对传递函数的影响,期望获得比较准确的谐波传递特性。本文通过建立CVT的高频等效模型,利用PSCAD仿真,求取模型传递函数,然后利用最小二乘法,在Matlab中通过处理仿真获得二次侧信号数据恢复出一次侧信号,对比原始输入信号,无论是整体误差还是各个频次误差都较小,符合实际需求。且仿真所用谐波范围较广,不仅具有仿真对比意义,对于稳态运行下利用CVT检测系统一次侧电压具有实际应用价值。

笔记本电脑的动力学分析与减振设计

对某型笔记本电脑的显示屏结构系统建立有限元模型 ,基于模态分析和瞬态响应分析结果 ,找到了影响显示屏余振的主要因素 ,通过修改相关结构参数 ,使余振得到有效抑制。

一种转角动柔度间接测量技术及在实验模态综合法中应用

将谐波集中力矩等效为谐波集中力系,用转角的数值微分公式构造一种全新的转角动柔度间接测量技术,克服实验模态综合法中转角难测量与集中力矩难加载的困难。该间接测量技术无需附加任何质量块与施加集中力矩及集中力系,只需几次锤击实验或扫频实验,即可将集中力矩作用下的转角动柔度用集中力作用下的平动动柔度线性表示。将转角动柔度的间接测量技术应用于基于定频剩余动柔度的实验模态综合法中,数值实验表明,该转角动柔度间接测量技术切实可行,能有效解决实验模态综合法中界面自由度不匹配问题,可提高实验模态综合法精度及可靠性。

基于虚拟单元的模态综合法

针对实验模态综合法中存在的界面对接信息不足问题,提出了具有高刚度低质量特性的虚拟单元概念,给出了其数学意义上的存在性条件,并通过参数优化方法得到了力学意义上的虚拟单元。引入虚拟单元以后,基于定频剩余动柔度的概念给出了实验模型和有限元模型的混合建模方法。数值计算表明,经过参数优化以后的虚拟单元可用于实验模态综合,综合的精度较传统的模态综合法有所下降,然而虚拟单元的意义在于给子结构之间提供更多的对接信息,有助于增加实验模态综合的可靠性。

剩余质量阵和剩余刚度阵的近似计算方法

在模态综合法中,剩余质量阵和剩余刚度阵的计算通常依赖于子结构的质量阵和刚度阵,由于几乎不可能通过实验方法得到子结构的质量阵和刚度阵,因此很难将实验数据应用于理论模态综合法中。针对这一困难,通过分析剩余质量阵和刚度阵的表达式,推导出它们的近似计算公式,这一近似计算公式中不含质量阵和刚度阵,亦即不需要事先知道质量阵和刚度阵就可以计算剩余质量阵和剩余刚度阵,从而回避实验辨识质量阵和刚度阵这一极具挑战的动力学反问题,克服实验模态综合法应用中的困难。数值计算表明,所提的剩余质量阵和剩余刚度阵的近似计算方法切实可行,且模态综合结果具有较高的精度。

面向控制的压电主动结构建模方法

以压电悬臂板为分析对象,通过对系统输入-输出数据作变换处理,隐式地设计最小拍状态观测器,基于状态观测器的Markov参数计算系统Markov参数,亦即系统脉冲响应采样值,然后采用特征系统实现算法辨识得到系统最小实现,所建立的智能结构的状态空间模型能控、能观,为控制器设计提供了一个较为精确的数学模型.

实验模态综合法若干问题的研究

提出了子结构可补偿高阶截断模态且易与实验模态相结合的剩余动柔度概念,然后采用自由界面模态综合技术,实现子结构综合。通过部分忽略高阶截断模态的动态效应给出了剩余质量和剩余刚度的近似表达式,简化了子结构的实验建模;基于谐波集中力系的等效原理,提出了一种全新的转角动柔度间接测量方法,在一定程度上解决了实验模态综合中的界面对接信息不足问题。克服了将实验模型和有限元分析模型进行模态综合的技术难题,数值计算和实验验证表明所提方案可行。

橡胶隔振器寿命预测及加速试验研究进展

介绍了橡胶材料的疲劳失效形式及影响橡胶材料抗疲劳性能的因素,总结了基于撕裂能和基于S-N曲线的橡胶材料疲劳寿命预测方法,阐明了橡胶隔振器加速试验研究的现状,展望了未来值得研究的方向。

柔性基础主动隔振系统的缩聚建模和时滞问题研究

以复杂柔性耦合主动隔振系统为对象,研究其动力学建模和时滞主动控制问题。考虑筏架和基础的弹性,建立浮筏系统的有限元模型,并基于超单元动力缩聚技术,把系统的有限元模型在物理空间中进行减缩。考虑作动器的时滞效应,建立系统的时滞主动控制模型,对系统的最大时滞量和控制器的时滞稳定性进行了数值研究。数值计算表明,主动控制中有必要考虑时滞因素以避免失稳,所提出的方法易于保证控制系统的性能和稳定性。

基于反卷积算法的电容式电压互感器传递特性研究

电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)在电力系统中应用广泛,获取CVT准确的传递特性有利于电力系统的保护和监测。目前关于CVT的研究一般基于其典型的等效电路,然而由于不同工况下的CVT内部参数不同,其传递函数各不相同,导致以往的研究结果不够准确。在未知CVT内部结构参数的情况下,对CVT注入方波脉冲,并基于卷积定理分别采用递推法和最小二乘法计算单位冲激响应,将其进行拉氏变换求得CVT频率传递特性。通过在PSCAD中建立仿真电路分析验证了该反卷积算法的可靠性。进一步在输出上叠加噪声,从算法结构上分析了上述两种算法的抗噪能力。研究发现,在加入噪声干扰时,递推法和最小二乘法的抗噪能力与所计算的反卷积长度有关;在噪声信噪比高于40 d B后,两种方法都能得到较准确的结果。