Rock fragmentation mechanisms and an experimental study of drilling tools during high-frequency harmonic vibration

Resonance drilling is a new technology, still at the laboratory stage. It has great potential to improve rock fragmentation efficiency. We analyzed the amplitude-frequency characteristics of steady- state mechanical vibration excited by harmonic vibration in rocks and an apparatus was built to achieve high fi＇equency vibration of rock. The influence of rock drillability, rotary speed, excitation frequency, and other parameters on the rate of penetration （ROP） in resonance drilling was analyzed. The results show that the rock drillability decreased with an increase in excitation frequency. When drilling with a large size drill bit, the ROP increased with excitation frequency. The ROP reached a maximum value at the resonant frequency of the rock. Tile ROP of the bit increased linearly with rotary speed when no vibration was applied on the rock and increased approximately exponentially when harmonic vibration was applied. In addition, the resonant frequency of the rock was changing during the process of rock fi＇agmentation, so in order to achieve tile desired resonance of the rock, it is necessary to detemaine an appropriate hamlonic vibration excitation frequency.

惯性质量对2-leg并联机构馈能悬架振型及幅频特性的影响机理

为了研究惯性质量对2-leg并联机构馈能悬架系统振型及幅频特性的影响机理,进行了模型架构、系统振型及幅频特性的理论推导和仿真分析.其中,模型架构中解决的关键问题是惯性质量的理论推导及线性化等效问题,为研究惯性质量对悬架系统振型及幅频特性的影响机理做铺垫.并提出惯性质量变比系数的概念,将惯性质量转化为线性化变量,从而量化分析惯性质量对系统振型及幅频特性的影响.研究结果表明:惯性质量对系统的影响具有两面性,从振型角度分析,惯性质量使得2-leg并联机构馈能悬架系统共振频率提前,随惯性质量变比系数增大,车身振动幅值增大.从幅频特性角度分析,随惯性质量变比系数的增大,车身垂向加速度及悬架动挠度幅频特性函数均在第二个波峰后出现明显差异,车身振动加剧,悬架动挠度振动减小.结合加权法与Matlab+Isight联合仿真可知:通过合理设计2-leg馈能悬架的结构将惯性质量变比系数控制在0.58时,车身振动与车轮振动的加权叠加和最小,隔振效果最佳.

考虑激励幅值慢变的卷绕头转子系统动力学建模

卷绕头转子系统结构之间的耦合振动和时频变激励使振动问题十分复杂,为了更准确地研究其动力学特性,根据转子动力学理论,使用有限元方法建立了考虑多盘质量慢变的卷绕头非线性转子系统整机动力学模型,运用Newmark-β数值积分方法对其动力学特性求解,得到仅存在初始不平衡量以及卷装不良带来的激励频率、幅值慢变下的非线性动力学行为。通过分析轴心轨迹、时域波形和幅频特性曲线等结果,发现卷绕头转子系统对因卷装不良引起的激励幅值慢变较为敏感,出现新的频率成分。进一步对比分析了不同节点处的振动频谱,其结果可为卷绕头转子系统动力学设计和故障识别提供一定理论支持。

运行状态下GIS设备振动特性差异性研究

机械类缺陷/故障是当前GIS设备最为常见的问题之一,对于此类缺陷目前尚无可用的现场检测装置及机械缺陷评估方法。文中通过现场检测方式,开展了220 kV及550 kV GIS不同气室的振动特征对比分析研究。研究结果表明:三相母线室的振幅最高,可能原因在于三相母线在壳体上产生的磁感应强度更大,壳体的振动幅值更大;同类气室不同测点的幅频特性相关系数均在0.993以上,不同类气室的测量结果相关系数较低,幅频特性及其相关系数可以在一定程度上表征GIS的不同气室振动状态;振幅和相位、检测位置和电压等级之间相关性不强;大多数气室主要频率成分均为100 Hz,避雷器振动的主要频率变为300 Hz,可能与避雷器内部轻微缺陷有关。

基于巴特沃斯幅频特性的自适应粒子群算法

针对传统粒子群算法存在求解精度低和易陷入局部最优等问题,提出一种基于巴特沃斯幅频特性的自适应粒子群算法(Butterworth amplitude-frequency characteristics based adaptive particle swarm optimization algorithm,BAC-PSO).一方面,借助巴特沃斯幅频特性设计一种惯性权重非线性递减策略,均衡算法中粒子的局部与全局搜索能力;另一方面,通过S型函数的粒子群优化策略和Sigmoid函数改进位置更新方法,进一步提升算法的求解精度.以5个经典的测试函数为基准,将BAC-PSO算法与5种经典粒子群算法的性能进行对比,并将其应用到求解压力容器模型的设计问题中.实验结果表明,相较于其他经典粒子群算法,BAC-PSO算法的求解精度更高,收敛速度更快,稳定性更好.

弹性机匣-滚动轴承双盘碰摩转子系统动力学特性

提出考虑机匣弹性、轴承非线性回转动力激励、机匣与定子间弹性联接和陀螺效应的非对称悬臂双盘转子系统(简称为弹性转子系统)力学模型,利用数值积分方法分析系统在不平衡、轴承回转非线性动力激励和碰摩耦合故障下系统的分叉与混沌行为及幅频特性,分析结果表明:转子偏心矩、阻尼和转子中心与机匣中心之间的间隙对系统碰摩响应的演化规律均有较大的影响,一般情况下系统通向混沌的道路主要是周期3倍分叉,机匣弹性主要影响高阶临界转速,而轴承回转非线性动力激励主要影响低阶临界转速。

非本征F-P局部放电光纤传感器设计及灵敏度分析

为解决超声波法检测电力设备局部放电灵敏度低问题,提出一种采用石英膜片的全电介质结构的光纤法-珀超声传感器设计方法。为获得适于局放检测频响特性的法-珀传感器,根据弹性力学原理分析法-珀传感器固有频率随膜片尺寸参数变化规律,利用ANSYS有限元仿真方法设计3种不同结构尺寸的法-珀传感器。在绝缘油箱中采用信号发生器驱动压电陶瓷传感器发射50kHz^250kHz超声波,获得F-P传感器的幅频特性曲线。F-P1~F-P3对板-板电极局放声信号检测实验表明,设计传感器一阶固有频率在150kHz处可有效检测局放,且相同固有频率下F-P传感器灵敏度随膜片厚度减小而显著提高。相同结构参数下腔长为130μm和100μm的F-P传感器检测灵敏度前者是后者的2.47倍,实验结果表明增加F-P腔长可提高传感器局放检测灵敏度。

河北遥测台网FBS-3B地震计工作周期和阻尼变化的特点及原因分析

以河北台网部分台站使用的FBS-3B地震计的为研究对象,选定一段时期的标定数据进行计算统计,得出该地震计工作周期和阻尼偏差变化的特点和规律,结合理论和实践,分析产生这些偏差的原因以及对地震计幅频特性的影响,结果表明,外界环境特别是温度的变化会使FBS-3B地震计工作周期和阻尼出现一定偏差,进而影响地震计幅频特性。

外置油腔耦合局放超声非本征光纤法布里-珀罗传感器

为解决非本征光纤法布里-珀罗(Extrinsic Fiber Fabry-Perot Interferometor,EFPI)在电力变压器内体绝缘安装困难且易损坏的问题,设计了高灵敏度的EFPI传感器,提出采用油腔结构的变压器油箱壁外置式安装方法。在阐述EFPI传感和液气介质下膜片振动原理的基础上,分析了传感器检测灵敏度与其法-珀腔膜片尺寸的关系,设计EFPI传感器法-珀腔膜片尺寸并制备传感器。然后,设计外置油腔耦合结构,采用压电陶瓷(Piezoelectric,PZT)声发射传感器构建EFPI传感器性能测试系统,测得EFPI传感器的幅频特性和检测灵敏度。最后,使用板-板电极和变压器实体模型搭建局放检测系统,外置EFPI传感器与PZT传感器同时探测电极局放信号。实验结果表明EFPI传感器的一阶固有谐振频率为113 kHz,静压灵敏度为7.5 nm/kPa,外置油腔耦合结构EFPI传感器局放超声信号的检测灵敏度高于传统的PZT传感器。外置结构可有效保护传感器膜片,降低安装难度,且避免了EFPI传感器置于变压器绝缘高场强度区域带来的安全隐患。

满足时-频统计特性的地震动时程调整

首先对美国NGA数据库中的3551组地震记录按场地、震级、震中距进行了分组.采用一维连续小波变换得到每条记录的小波功率谱,给出任意时间处小波功率谱最大值所对应的主频率随时间变化的曲线,并对相同分组内的主频率取给定时间窗的均方根值,通过非线性最小二乘法拟合得到不同分组下便于工程应用的主频率时变曲线.此外,本文给出了不同分组下的强度包线,改进了现有的小波包变换,以主频率时变曲线和强度包线为目标,提出了对地震动主频和幅值进行调整的方法.算例分析表明,本文给出的调整方法能够模拟真实地震动频率和强度的非平稳特性.

二十辊轧机辊系耦合振动特性及振动控制

精密极薄带因具备高精度、耐腐蚀、优异表面光洁度等性能,被广泛应用于微制造、微电子等高技术领域。二十辊轧机辊系的耦合振动对极薄带的生产有着重要的影响。考虑到轧制工艺和润滑状态等变化形成非线性轧制界面,建立了一种二十辊轧机辊系耦合动力学模型。应用多尺度法求解主共振和内共振的幅频特性方程,分析了不同参数对幅频特性曲线的影响。基于奇异性理论探究了不同参数与系统分岔的关系。同时,根据李雅普诺夫一次近似稳定性判据,结合系统动相平面相轨迹图,对系统稳定性进行判断分析。然后,基于Washout filter控制器原理设计了一种状态反馈控制器,通过对系统进行状态空间表达式变换,分析了控制增益对幅频特性的影响。利用时域图、相位图、频谱图以及Poincaré截面图进行仿真对比,验证了所设计控制器的可行性和有效性,为二十辊轧机振动及其控制的研究提供了一定的理论指导。

Fe-Mn阻尼合金简支梁受迫振动时的幅频特性

针对目前阻尼合金研究试样较小、测试方法和条件同实际应用环境相差较大的问题,采用Fe-Mn阻尼合金和45钢制作成同尺寸的简支梁,在振动台上进行激振实验,测试其在受迫振动条件下的幅频响应特性,有助于认识大尺寸Fe-Mn合金构件在受迫振动条件下的阻尼减振行为,为进一步推动其在工程中应用奠定基础。实验结果表明:在受迫振动条件下,Fe-Mn阻尼合金梁的阻尼减振特性主要表现在大幅度降低共振时的振幅和明显减小产生共振的频率范围两方面,这在工程中具有很好的应用前景;激振强度较大时,Fe-Mn阻尼合金梁展现出很好的阻尼减振性能,而激振较小时,阻尼减振性能不明显,说明其适用于受较大力和冲击场合下的减振。

一种研究线性霍尔传感器频率响应特性的测试平台

线性霍尔传感器被广泛用于测量磁场强度,但针对霍尔传感器动态响应特性的研究却很少。为此,设计并搭建了一种线性霍尔传感器的频率响应特性测试平台。该平台由可控恒流源、线圈、线性霍尔传感器、低噪声放大器和数据采集装置组成,通过构建系统传递函数并提出动态更新的传递函数的方法,实现了霍尔传感器动态响应特性的精确测量。利用该平台分别测试了NHE520F和P3A两款芯片的动态特性性能。结果显示,在2.5 kHz-2 MHz范围内,这两款霍尔传感器在幅频特性和相频特性方面的性能差异在测试平台上被充分显现,而且霍尔传感器的动态特性参数与静态特性参数并非必然一致,动态特性分布也不相同。此外,根据多种温湿度条件下测得的霍尔传感器幅频特性与相频特性,绘制了霍尔传感器的平均动态特性曲线和3个标准差包络曲线。基于该测试平台获得的实验数据对研究霍尔传感器动态响应特性具有重要意义。

弹支-刚性转子系统过共振瞬态响应特性研究

针对结合弹支-刚性转子系统的动力学特点,利用Lagrange能量法建立了考虑变速特性的转子系统瞬态响应动力学方程,模型中区别考虑了非旋转阻尼和旋转阻尼的影响.采用精细积分算法计算获得过临界区的转子瞬态响应特性,进一步对比分析了角加速度和阻尼特性对转子系统瞬态振动响应幅频特性和相频特性的影响规律.研究结果表明:变转速引起系统的刚度矩阵变化并产生附件的激励力;瞬态过共振响应幅值明显小于稳态响应幅值,且过共振越快速、阻尼越大时系统瞬态振动响应幅值越小.针对过瞬态相频特性,在临界转速附近出现一个新的相位角(加速过共振小于90°),此相位不受角加速度值和旋转阻尼比的影响,但随着非旋转阻尼比的增大呈增大趋势.

偏载作用下菱形负刚度隔振系统的刚度特性

为探究偏载对菱形负刚度隔振系统刚度的影响,课题组基于力学分析方法,建立了偏载作用下隔振系统的数学模型,得到其无量纲刚度-位移非线性曲线,分析了偏载对其准零刚度特性的影响。利用Simulink进行仿真实验,给偏载作用下的隔振系统振动基座施加激励,得到了不同激励下隔振系统的时变刚度;结合傅里叶变换,探讨了隔振系统刚度的时变特性和幅频特性。结果表明:偏载越大,低刚度区间越窄,准零刚度特性越弱;时变刚度波动范围与峰值随偏载的增加而变大,但时变刚度的波动趋势不受偏载的影响;时变刚度幅值主要集中在低频区间,随频率的增加而减小,最终趋近于0。研究表明偏载对隔振系统的刚度会产生一定的影响。

基于双Sallen-Key型串联宽带通滤波电路幅频特性实验教学研究

为了使学生更好掌握幅频特性测试以及基本带通滤波器设计方法,该文采用逐级递推的方式,以双Sallen-Key型串联宽带通滤波电路设计为例,让学生逐步了解并掌握滤波器的设计方法,同时加深了对高通、低通以及带通滤波器之间相互关系的理解。实验从简单到复杂、从理论到实践,将教学与工程技术紧密连接,把抽象的模拟技术传输知识转变为逐级加深的实验教学内容。实践证明:这种“软件仿真+硬件调试”的实验方式可以促使学生更好地掌握有源滤波器的基本设计方法,深入理解幅频特性与滤波器性能的关系,同时可以有效锻炼学生发现问题和解决问题的能力。

一类质量-黏弹性弹簧系统的简谐受迫振动

研究一类质量－弹簧系统的简谐受迫振动．弹簧为黏弹性材料，其特性由分数导数型本构关系描述．求出了系统的稳态响应，并讨论了材料黏性系数对幅频特性的影响．

分数阶RL_α-C_β并联谐振

分析了分数阶RL_α-C_β并联谐振的基本特性.推导出谐振频率、品质因数、导纳和阻抗、相位及支路电流的表达式并进行了简化处理.对相频特性、阻抗模幅频特性及支路电流幅频特性进行了仿真分析,得到一些基本结论.采用电感和电容的等效分数阶电路模型,设计了实现该系统的仿真电路,Multisim仿真结果验证了理论分析的正确性.

基于OneNET的幅频曲线测量装置设计与实现

本文设计并制作了一个幅频曲线测量装置,用来测量放大器电路的频率特性,并能将数据存储在OneNET云平台。该测试装置硬件系统由信号源DDS电路、AGC放大器电路、中频放大器电路、幅值检测电路、WIFI模块以及主控为STM32单片机组成。工作原理是由信号源模块产生扫频信号,经过AGC放大器使得扫频信号稳定在500 mVpp,通过中频放大器电路后,由幅值检测模块测量输出信号的幅值,计算中频放大器电路的增益,将频率和幅值数据上传到OneNET云平台,绘制幅频特性曲线。

四种粘弹性隔振系统的动力学特性比较分析

建立了四种粘弹性减振元件模型,即Maxwell模型、Zener模型、分数阶Maxwell模型以及分数阶Zener模型,这些模型均可用于工程机械隔振系统中。给出了四种模型的本构方程以及复刚度表达式。在此基础上,建立了单自由度基础简谐激励隔振系统模型。通过对运动方程参数无量纲化,推导了频响函数,作出幅频特性曲线和相频特性曲线,讨论阻尼比以及分数阶阶次对基础位移激励作用下的振幅以及相位角的影响。通过分析参数变化趋势的影响,为设计出合理的参数值提供一定的理论依据,从而达到更好的隔振效果。