滚轮式PDC钻头工作机理的试验研究

针对页岩气钻采中定向钻进的PDC钻头扭矩波动大、冲击振动大、工具面不稳定等问题,笔者提出一种刀翼上设置有双侧支撑的滚轮新结构钻头,通过滚轮单元破岩实验以及全钻头钻进破岩实验来开展新型钻头减扭、缓冲机理研究,主要研究6种滚轮轮廓形状、4种滚轮的吃入深度、6种滚轮径向位置、7种PDC齿相对高度等因素对新型钻头扭矩、钻压的影响规律。结果表明:6种轮廓滚轮的等效摩擦系数均低于PDC齿,且为PDC齿的18.65%~43.73%,得出滚轮减扭能力高于PDC齿;6种不同径向位置的滚轮缓冲能力均强于PDC齿,为PDC齿的1.59~9.17倍,滚轮式PDC钻头的扭矩为常规PDC钻头的71.72%~98.33%;随着滚轮与PDC齿相对高度的减小,钻头扭矩逐渐减小,滚轮钻压的占比也逐渐增加,钻头减扭能力、缓冲能力均增加,为适用于页岩气钻采的新型钻头产品设计与研制提供理论支撑。

形状记忆合金自复位减振装置研制与验证

为改善第二喉道中的可调中心体机构(简称中心体)在工作状态下的流致振动,根据形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)偏置双程驱动原理,设计制作一种能够满足中心体有限安装空间要求的SMA自复位减振装置;采用UMAT接口编制的SMA本构关系子程序实现减振装置最大压紧力的数值分析,数值分析与静态调试试验结果误差约为2.58%;搭建地面减振试验平台,测试SMA自复位减振装置分离和闭合状态下的中心体零部件振动响应。减振试验结果显示:SMA自复位减振装置闭合后,中心体振动响应明显降低,在0~100 Hz频带内,均有明显的减振效果,低频至55 Hz范围内,减振率均大于50%。

旋转单元型打孔超结构设计及减振性能研究

针对高速列车地板减振需求,设计了一类具有旋转单元特征的打孔弹性超结构,包括交错矩形孔四边形单元、十字矩形孔四边形单元、多边形孔三角形单元。利用Bloch理论和数值分析方法研究了元胞的带隙形成机理和参数对带隙的调控规律,探究打孔弹性超结构的低频和宽带减振应用可行性。接着,根据超结构元胞带隙分析结果建立了交错矩形孔四边形单元、十字矩形孔四边形单元、转角45°内凹多边形孔三角形单元超结构3种3D块状有限周期超结构,分析评估并改进减振块的承载性能,计算其振动传输响应。结合减振特性数值分析结果,确定最优减振块几何拓扑构型,并通过3D打印制备超结构样件,进行振动试验测试。结果表明:使用TPU(thermoplastic urethane)材料时,提出的超结构减振块均满足承载和强度要求;其中,多边形孔三角形单元超结构为最优构型,其在0~5000 Hz频率内衰减范围占比达66.9%。通过振动试验发现,相比于现有动车组减振器,多边形孔三角形单元超结构的衰减范围频率更宽,衰减幅值更大在-15 dB以上,减振效果更优,具有列车地板潜在的应用前景。

不同包装对猕猴桃经运输跌落后货架品质的影响

为探究不同包装方式对经历跌落冲击的‘徐香’猕猴桃货架(20℃)品质的影响,分别选用4种方式(泡沫蛋托组:纸箱+聚苯乙烯(EPS)泡沫分果包装箱;分果纸盒组:珍珠棉网套+双层瓦楞纸分果包装盒;泡沫箱组:纸箱+EPS泡沫箱;纸箱组:珍珠棉网套+纸箱)包装猕猴桃,并进行物流跌落冲击模拟试验,以未进行跌落试验且用打孔聚乙烯(PE)保鲜自封袋包装的猕猴桃为对照组,测定果实货架期间的腐烂率、硬度、色泽、呼吸强度、失重率、相对电导率、可溶性固形物含量(SSC)、可滴定酸(TA)含量和VC含量。结果表明,泡沫蛋托组的猕猴桃果实在经跌落后,其货架期间的腐烂率、硬度、色泽、呼吸强度、失重率、细胞膜渗透率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量等指标优于其他包装处理组,与未经跌落的对照组果实品质最为接近,而分果纸盒组的果实货架品质最差。综上,泡沫蛋托组的分果托盘减振包装方式可有效降低猕猴桃果实受到的跌落冲击力,避免了果实因受到跌落损伤而引起的品质加速劣变。

高层隔震结构减震机理和设计分析

随着《建筑抗震管理条例》的颁布,隔震建筑在工程建设中的应用将越来越广泛。以福州某办公楼隔震结构设计为研究对象,采用有限元软件YJK和ETABS分析了主要振型的反应谱。给出了抗震设计目标确定的方法、地震波的选取方法和减震机理,得出了可供工程技术人员借鉴的主要结论:地震波选取时可通过观察地震波的时程曲线图的主要周期点和最大加速度值并对比反应谱与规范谱的拟合度,来判断其与建筑场地是否相适应;高层结构在底部设置隔震支座能够显著改善上部结构的地震反应谱,其减震机理并不是延迟周期而是滤波原理。

基于ISD模型的车载减振平台主动控制研究

在复杂路况上行驶的救护车,车上的病人会受到多个方向的振动激励,且在竖直方向主要受到低频大振幅的振动。针对以上问题,提出采用Stewart减振平台实现对六个自由度振动的衰减,并借鉴惯容器-弹簧-阻尼(ISD)模型中的惯容器具有通高频、阻低频,以及弹簧具有通低频,阻高频的隔振特性,来改进一种主动反向加速度补偿算法,可实现对平台各方向进行可持续低频大振幅减振。同时系统以回中位能力和减振能力为指标,采用粒子群算法对控制系统参数进行优化。最后利用SimMechanics模块搭建Stewart平台进行实际工况模拟仿真。实验结果表明,车载减振平台针对低频大振幅激励具有良好的减振能力,并且相比传统的SD模型算法,改进后的基于ISD模型算法的减振能力提高了12.4%。

基于网络综合的无源风机减振控制系统优化

针对海上浮式风力发电机的减振控制问题,首先建立海上浮式风力发电机减振控制系统的状态空间模型,将无源网络的正实导纳函数作为控制器的传递函数,定义4个性能指标;然后,通过将正实导纳函数的系数作为优化变量,研究当正实导纳函数为不同类型的函数时单指标和多指标优化问题;最后,利用网络综合方法,将不同情形下所得正实导纳函数的优化结果实现为阻尼器-弹簧-惯容网络,并通过FAST平台进行时域仿真。仿真结果表明,随着正实导纳函数的McMillan阶的增加,系统输出性能得到显著提升,同阶次正实导纳情形下降低网络实现复杂度会使得系统性能略有下降。

船用压缩机传动结构分析

船用压缩机的减振降噪以往主要是通过增加减振装置、加强筋板或优化曲柄连杆结构等途径解决。基于船用压缩机减振降噪的需求,设计开发了曲柄圆滑块传动机构,从传动结构角度来降低船用压缩机的振动噪声。建立了机构的三维模型,并基于含间隙的运动副对传动结构做了仿真分析。

单轨吊运人车减振承载梁结构设计与力学分析

运人车是单轨吊机车实现煤矿巷道运人作业的关键装置。减振承载梁作为运人车厢与机车用承载小车的中间联接装置,其承载性、稳定性和安全性直接决定了机车运载质量。针对现有运人车用承载梁存在的减振性和稳定性不足、作业人员乘坐舒适性差等问题,设计了一种兼顾承载和减振功能的承载梁结构,同时开展减振承载梁的力学性能分析。模拟结果表明:典型工况下,新设计减振承载梁的整体应力水平较低,位移变形主要发生在弹簧上,强度和刚度的安全裕度较大,为后期结构优化和性能提升提供了理论支撑。

多自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置分析

首次采用多自由度并联机构作为基体辅以稀土永磁及浮动弹性阻尼系统 ,组合成多自由度弹性阻尼减振装置 ,较好地解决了多自由度的减振问题 以救护车用担架支架三维隔振装置为例分析其隔振要求 ,采用三自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置 ,介绍其结构及有关参数的设计方法 该方法的结果与动态模拟及实验结果一致 ,说明其分析方法是正确的

基于桥梁断面压力分布统计特性的抑流板抑制涡振机理研究

通过测量大比例流线形扁平钢箱梁模型(1:20)涡激共振时表面压力,研究典型钢箱梁常用设计断面涡激振动、静止、以及安装抑流板后涡激共振性能。综合对比分析三种工况模型表面压力系数均值、根方差、局部气动力与涡激气动力相关系数等时域统计特性;表面压力脉动的功率谱、局部测点气动力与总体断面气动力间的在模型竖弯频率处的相位谱和相干函数等频域统计特性。研究发现:竖弯涡激共振产生原因是流线模型上表面下游的气流再附区域强烈压力脉动以及箱梁下表面与总气动力具有较强相关性的压力脉动,整体断面各测点脉动压力具有相同的卓越频率。针对本项研究试验实例,抑流板措施减弱了箱梁中下游位置压力脉动的分布强度和作用时序的相关性,可以有效地抑制涡振。

仿橡胶多自由度弹性阻尼减振装置研究

橡胶具有多自由度弹性阻尼减振特性,但容易老化而失去弹性,首次提出采用多自由度并联机构作为基体辅以稀土永磁及浮动弹性阻尼系统,组合成多自由度弹性阻尼减振装置,模拟橡胶,较好地解决了多自由度的减振问题。以救护车用担架支架三维隔振装置为例分析其隔振要求,采用三自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置,介绍其结构及有关参数的设计方法。它与动态模拟及试验结果一致,说明其分析方法是正确的。可推广到其他要求多维减振的设备上,因此对它研究具有理论意义及普遍意义。

混合型三维减振平台主体机构的运动及受力分析

采用三平移并联机构3-RRRP(4R)作为三维减振平台主体机构。论述了采用柔性关节与普通关节混合型的主体机构的结构,对原机构主动副采用常用转动副加扭簧装置外,其余转动副采用簧片结构,消除了运动副间隙,提高了减振灵敏度。对该机构进行了位置正解、反解分析和力学分析,并讨论了运动学工作空间。运用当量摩擦圆概念来近似替代柔性关节,分析带柔性关节机构的力学工作空间。对该机构的整体力平衡进行了讨论,提出了解决整机力平衡的方法。

基于并联机构的车辆多维减振座椅的设计

车辆系统的振动是典型的多自由度振动,多自由度减振座椅的减振性能是乘员的乘座舒适性的关键。基于并联机构的多维运动原理,构造出一种新型的具有3自由度的汽车并联减振座椅。对该3自由度的汽车并联减振座椅的主体并联机构建立运动学模型,进行了位置理论分析,最后通过ADAMS软件建立减振座椅振动模型并进行减振性能仿真,验证了该减振座椅系统具有良好的减振效果。

缓冲爆破减震效应研究

为研究缓冲爆破在露天矿生产爆破中对预留边帮的保护作用,基于缓冲爆破参数理论设置合理的缓冲爆破参数并分别得出设置缓冲孔和未设置缓冲孔爆破试验振动实测数据;运用LS-DYNA显式非线性动力分析有限元程序建立有限元模型,分别对设置缓冲孔和未设置缓冲孔2种露天矿台阶生产爆破进行数值模拟,结合露天矿现场爆破效果和振动测试试验数据对比分析,得出距离爆源越近,缓冲爆破减震率越大和加入缓冲孔可提高预裂孔半孔率最高可达30%;在数值模拟结果和现场试验数据对比分析的基础上,得出加入缓冲孔在有预裂孔的同等条件下的生产爆破,降振率最高可达51%,对预留边帮有极大保护作用。

基于HHT能量谱的高精度雷管短微差爆破降振效果分析

为揭示高精度雷管短微差爆破干扰降振机理,选取紫金山金铜矿露天爆破实测的单段波形信号,利用Matlab分析了不同微差间隔下两段叠加信号的时频特征;综合考虑爆破振动三要素并结合HHT(Hilbert-Huang transform)能量定义降能率,分析了段数、相邻振幅比和最大段药量位置对短微差爆破叠加信号降振效果的影响。根据研究成果,爆破设计时应避免出现前后段数药量差距过大,并尽量将较大药量的段数靠后起爆。研究表明:相同微差间隔下随着段数的增加,叠加信号降能率逐渐增大,当段数达到一定数量后增加分段数,微差爆破的降振效果并不明显;微差爆破中相邻振幅比越接近1,降振效果越明显;最大段药量靠后的叠加信号降能率大于其他顺序。

2065A型双轴直线振动筛动态特性分析及其噪声控制

双轴直线振动筛是大型选煤厂广泛使用的筛分机械,亦是其最主要的、最难以治理的噪声源。本文采用实验模态分析与振动噪声信号分析相结合的方法,在弄清其动态特性及发声机理的基础上,为振动筛设计了阻尼减振结构,结合其他降噪措施,使这种振动筛噪声下降了10～13dB,取得了较好的降噪效果。

基于虚拟方法的发动机曲柄连杆机构优化设计

为降低多缸发动机曲柄连杆机构的振动,根据多刚体动力学理论,建立了参数化的曲柄连杆机构动态仿真模型,克服了传统的双质量模型中采用惯性力静力等效法的误差,快速获取其动力学特性数据;并结合对机构内主要件强度的有限元分析,改进了主要运动件的原始结构。通过以上工作,改善了曲柄连杆机构的动态特性,降低了发动机的振动,为曲柄连杆机构的优化设计提供了一种可借鉴的方法。

三平移(3-PRRP^(4R))并联减振机构的设计与刚度分析

为有效解决工农业生产中的多维振动问题,针对一种3-PRC机构的不足进行了优化设计,得到了一种3-PRRP4R机构。与传统的3-PRC机构相比,3-PRRP4R机构具有更好的运动学和力学性能。建立了3-PRRP4R机构的运动学模型,运用齐次坐标变换法对机构的运动学进行了分析,得到了机构的雅可比矩阵和工作空间,与3-PRC机构相比,3-PRRP4R机构的工作空间具有更好的对称性。在Adams软件中仿真验证了(4R)^机构比圆柱副C具有更好的力学性能。以3-PRRP4R机构为主体,通过在主动副处添加弹簧阻尼,构建了多维减振平台,基于虚功原理推导了系统的静力学平衡方程,引入了系统的等效刚度,得到了系统等效刚度在工作空间内的分布规律。该研究可为并联机构的优化设计、等效刚度分析、动力学分析和多维减振应用等提供参考。

两平移两转动四自由度减振平台设计、仿真与测试

应用两平移两转动四自由度并联机构为组合弹性阻尼减振装置主体结构,在机构原动件处辅以弹性阻尼装置,运用反向自适应原理,模拟橡胶,实现多自由度减振。按照给定减振要求,对减振平台进行理论设计和分析,用AD-AMS软件建立系统模型和仿真,并制作样机试验。由动态模拟及试验结果一致,从而说明该减振平台设计的正确性和可行性。