结构动力学应用中若干基本概念的研究

结构动力特性被广泛应用于结构振动控制、结构可靠性设计和健康监测,由此涉及到一些动力学基本概念的理解问题尚待深入探讨。采用一简支梁横向振动算例以及分别通过模态位移法和模态加速度法对多自由度系统的响应振幅进行分析计算,探讨结构位移响应与第一阶固有频率的关系、结构各阶位移模态的贡献与模态应变能的关系。基于模态正交性,通过分析多自由度振动系统的位移响应,论述了系统共振的必要条件,即在保证系统振动频率(某阶固有频率)等于激励频率的同时,其位移响应还应呈现出相应模态的形态;实现多自由度系统纯模态共振,可用于精确识别结构的模态参数。

多自由度四臂动物离心机设计与研究

针对当前动物离心机的局限性,设计了一种多自由度四臂动物离心机,用于航空航天医学实验。利用运动学对动物离心机进行运动分析;采用SolidWorks软件对动物离心机进行了建模;为提高动物离心机的结构稳定性,建立了有限元模型,对静止支撑结构进行了模态分析;利用动力学分析确定了动物离心机的驱动功率,并通过运行调试,验证了动物离心机工作稳定性。研究结果表明,多自由度四臂动物离心机确保了可靠性和安全性,满足实验要求,验证了设计方案的可行性。

基于ANSYS的工业机械臂结构分析与拓扑优化设计

机械臂的刚度和固有频率对其可靠性有重要影响,需对其进行深入研究。文章对某型六自由度工业机械臂进行建模设计,在ANSYS软件采用有限元分析方法对机械臂在力矩最大的工况下进行静态结构分析和模态分析,验证其刚度和固有频率是否符合要求。进一步采用拓扑优化方法对大臂进行优化,然后对大臂进行模型重构,导入到整个机械臂中进行结构分析与模态分析,比较优化前后机械臂的性能差异,验证了改良后机械臂的可靠性,实现轻量化目标,为后续生产提供参考依据。

汽车排气系统吊钩位置优化

在发动机和路面的激励下,排气系统振动和噪声传递给车身,将产生整车的振动噪声。这将严重影响车辆的NVH(Vibration振动、Noise噪声、Harshness平顺性)性能。运用ADDOFD(平均驱动自由度位移法)方法对排气系统吊钩位置进行了优化。首先根据已有的排气系统建立有限元模型,分别用仿真和试验的方法对排气系统进行模态分析,利用实验模态对有限元模态进行验证。最后在有效排气系统有限元模型的基础上利用ADDOFD(平均驱动自由度位移法)方法优化了吊钩的位置。结果显示优化吊钩位置后明显改善了整车的振动,证明原吊钩位置并不是最优位置。该方法可以有效地在早期车辆开发过程中选择较好的NVH性能悬挂架位置。

基于波纹管简化模型的排气系统模态分析

为了探究汽车排气系统波纹管简化模型的合理性,对简化模型进行数值分析和理论研究.首先,以某重型卡车排气系统为研究对象建立有限元模型,将波纹管简化为零长度的CBUSH单元,对系统自由模态进行分析;其次,用波纹管将排气系统分隔开简化为二自由度模型进行理论计算;最后,综合对比分析表明,第7阶和第8阶模态频率接近于零,主要原因是绕X,Z轴刚度较小,验证了波纹管在该方向的隔振效果良好.理论方法与数值计算具有普遍性和工程指导意义.

利用小波去噪和HHT的模态参数识别

提出了基于小波去噪和HHT的模态参数识别方法,以改善模态参数识别的精度。该方法先利用小波进行信号去噪,克服噪声对EMD分解的影响,以减少EMD分解过程的计算量和分解层数,对去噪后的信号进行EMD分解提取单模态的自由响应,然后利用自由响应的Hilbert变换识别模态固有频率和阻尼比。利用该方法对某振动台简支梁系统进行了模态参数识别,结果表明在噪声干扰下,该方法识别模态参数的精度较高,特别是阻尼比识别精度高。

基于两自由度被动阻尼器的减振铣刀设计

鉴于航空结构件中大长径比铣刀的刚性较差,严重制约了机床切削效率和加工精度的提高,建立了两自由度被动阻尼器的动力学模型,基于H∞优化准则对阻尼器的阻尼比和频率比进行优化,并分析其对减振性能的影响。提出一种内置两自由度阻尼器长悬伸铣刀结构,在模态和谐响应分析的基础上,设计加工出减振铣刀。模态测试和激振实验结果表明,相比无阻尼空心铣刀,减振铣刀的等效刚度提高了2.5倍,阻尼比提高了46.5%,刀尖频响函数的幅值降低了74%。切削实验表明减振铣刀能显著提高零件加工表面质量。

多自由度主系统多模态动力吸振的优化设计

针对多自由度系统的多模态控制 ,通过附加多个动力吸振器 ,利用有限子结构导纳功率流理论 ,以输入系统的净功率流在整个吸振频带内的总声功率级为控制量 ,对多个吸振器进行单独优化设计和联合优化设计。结果表明 ,即使相邻固有频率的比值大于 2 (也即可以认为两个模态不相互影响 ) ,联合优化设计的效果也明显优于单独优化设计。

二自由度两弹簧系统振动实验设计与分析

设计了二自由度两弹簧振子系统,并进行了系统理论模态分析与ANSYS仿真,通过激振实验对系统进行了频率响应特性和模态分析,研究了系统振动动态特性测试。研究结果表明,实验观测数据、ANSYS仿真结果与理论分析值较为一致。通过对弹簧振子的动态性能测试和分析,为深入研究机械振动特性提供了参考。

模态分析中输电铁塔模型的进一步简化

以缩减输电铁塔模型动力自由度为目的,基于静力凝聚技术,在已有研究的基础上,考虑将现有模型的主要动力自由度中的竖向分量凝聚掉,使动力自由度再减缩1/3。将凝聚掉竖向动力自由度的有限元模型称为简化模型,利用MATLAB语言编程,对简化前后输电铁塔结构模型分别进行了模态分析。研究结果表明:简化前后输电铁塔结构模型的整体模态具有良好的一致性,凝聚掉主要动力自由度中的竖向分量,对整体模态分析结果的影响很小。今后在对输电铁塔模型进行模态分析时,可以忽略竖向动力自由度的影响。

考虑大幅值输入的随机子空间识别

随机子空间识别是一种可靠的时域模态参数识别算法,通常是利用结构在零初始状态作用下的动力响应来识别结构模态参数,而并没有考虑大幅值输入对识别结果的影响。针对此问题,研究了大幅值输入对随机子空间识别的影响并探讨了方法的适用性。首先,介绍了考虑大幅值输入的随机子空间识别理论基础;然后,通过一个两自由度系统进一步考虑了不同阶次模态、模态振型的相对精度随采样数和大幅值输入的变化情况;最后,以菜园坝长桥大桥拱肋脉动试验为算例,研究了考虑大幅值输入识别方法的适用性。结果表明:考虑大幅值输入能够提高识别的模态参数精度;相比频率,模态振型精度随采样数的变化具有一定的随机性;考虑大幅值的随机子空间识别对模态试验的完备性要求较高。

考虑界面转角自由度的频域子结构法研究

采用Jetm undsen频域子结构法,针对空间刚架结构的综合进行了数值仿真,研究了界面自由度的完整性对于综合结果的影响,讨论了一种间接获取转角自由度相关频响函数信息的方法。仿真结果显示,频域子结构综合法能够有效地预报结构的动力学性能,而通过引入间接获取的转角自由度的频响信息能在一定程度上改善预报质量。

系统模态参数辨识的小波变换方法

文中分析了在众多小波基函数中Morlet小波更适合对动态结构系统进行模态分析的原因,结合Morlet小波的性质和结构系统对脉冲响应信号的特性,构造了一小波族,实现了利用Morlet小波变换对多自由度系统进行模态解耦和对时变系统进行模态参数辨识的方法.算例的数值仿真结果表明文中方法的正确性和有效性.

建筑物滑移基础隔震结构的基本体系分解法

提出了滑移隔震结构基本体系的概念,根据振型分解法将上部结构解耦为互相独立的单质点体系.如果隔震层质量合理分配到上述单质点体系,则结构有可能进一步解耦,形成与上部结构模态数目相同的隔震基本体系.上部结构的反应可由基本体系的相应反应通过振型叠加得到,隔震层的反应与任一基本体系的相应反应量相同.工程算例表明,该方法完全满足工程精度要求,对该类非线性系统进行降维解耦的思路具有较高的可行性.

一种计算非比例阻尼结构地震响应的新方法

在非比例阻尼结构地震响应分析中,直接积分法和强迫解耦法均具有鲜明的优缺点,考虑到计算精度和计算效率的均衡,提出了一种可用于非比例阻尼结构地震响应计算的新方法——多自由度模态方程方法.同时,通过推导指出了直接积分法和强迫解耦法是所提出方法的两种特殊形式,从而构建了非比例阻尼结构地震响应计算方法的完整理论体系.最后采用数值算例验证了多自由度模态方程方法在非比例阻尼结构地震响应计算中的有效性,并说明其可以通过合理划分结构分区来调节计算精度和计算效率.

基于单自由度共振反应的模态质量计算方法

基于单自由度在简谐荷载下的共振响应结果反算单质点质量的思想,提出一种计算多自由度结构体系模态质量的方法,并利用MIDAS有限元软件求得模型模态质量,解决若干有限元软件不能直接提取模态质量的问题.模态质量原始公式计算结果与仿真实验结果的对比分析表明,该方法计算数值误差均小于5%,计算结果可以满足计算精度要求.

激光加工用三平移并联机床的分析与研究

设计与研究了一种用于激光加工的三平移并联机床。介绍了并联机床的组成及部件间的连接关系。通过应用并联机构拓扑结构理论对并联机床的自由度进行了分析,得出其自由度输出为三平移。通过建立杆长约束方程,得到并联机床机构的运动学位置逆解方程。应用几何法对并联机床工作空间进行了分析与求解,并得出工作空间与机床机构参数之间的关系。通过建立并联机床的几何参数误差模型,得到机床动平台的输出位置误差,进而为并联机床生产和运动控制提供理论依据。

小型机载云台结构设计和分析

针对小型无人机的拍摄需求问题,设计了能实现两自由度转动的小型机载云台结构。首先,在CATIA中建立了结构的三维实体模型;接着,在ANSYS中建立了其有限元模型,对结构的关键零部件进行了静力学分析,及对整体结构进行了模态分析。研究结果表明,设计的结构满足使用功能性和可靠性要求,并为进一步的结构优化和隔振技术研究提供了基础。

两自由度汽车悬架系统振动的理论与实验验证

将汽车悬架系统看成是一个两自由度的质量-弹簧-阻尼振动系统,采用复数向量法获得了车体和轮胎振动的解析解,以及振动系统的一阶和二阶振动模态的频率。在建立的实验模型上,采用锤击法和扫频实验获得了振动系统的一阶和二阶振动模态频率。实验结果与理论分析的结果相吻合,证明了结果的可靠性。研究还发现,悬架系统在振动系统的一阶振动模态频率处的隔振效果不明显,车体仍有较大振幅的振动;然而悬架系统在振动系统的二阶振动模态频率处的隔振效果非常显著,车体振动的幅值很小。研究结果能够为汽车悬架系统的设计以及驾驶员选择合适的路况提供有益的参考。

三轮摩托车排气系统模态分析及挂钩位置优化

以某三轮摩托车排气系统为研究对象,对其进行模态分析和挂钩位置优化。首先,利用有限元软件Hypermesh和Nastran建立三轮摩托车排气系统有限元模型,并对其进行模态分析;然后,应用平均驱动自由度位移法,优化了排气系统的挂钩位置,使得系统的固有频率避开发动机的激励频率;最后,对排气系统进行强度校核,分析优化后的排气系统在各种工况下的应力应变情况。