充液管路振动特性半解析建模及卡箍布局优化

航空发动机管路系统中大部分管路处于充液状态且包含多个卡箍支撑,合理地设计卡箍布局可使管路系统的固有频率有效避开外界的激振频率,实现减振目的。以多卡箍支撑充液管路为对象,提出管路的振动特性半解析模型及卡箍布局优化的方法。含多卡箍支撑的充液管路属于超静定结构,将该管路系统分为空管、卡箍、管内流体3部分,对每一部分单独进行能量分析,然后进行组集。为了研究充液状态以及流速等参数对卡箍布局优化结果的影响,在没有引入外界激励频率的前提下,以1阶固有频率最大为优化目标,建立较为通用的卡箍布局优化模型,采用粒子群优化算法对该优化模型进行求解。最后进行实例研究,与文献中有限元法进行对比,证明所研发的半解析模型的合理性,并在此基础上进行卡箍布局优化,分析液体质量、流速、管型等参数对卡箍布局优化结果的影响。研究结果表明,若仅以1阶固有频率最大为优化目标,则液体质量、流速、管型等参数均可忽略,仅以指定管径的空管为对象执行优化就可获得所需的卡箍布局优化结果。

基于虚拟材料复模量非均匀分布的螺栓连接薄板结构半解析建模

基于非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓连接薄板搭接部分的力学特性,其中虚拟材料的材料参数用复模量表示,可直接生成复刚度矩阵以表示搭接部分的刚度及阻尼特性,省却了常规建模中生成结合部阻尼矩阵的步骤,在保证模型精确性的基础上简化了建模流程,以此建立了螺栓连接薄板结构的半解析模型并对其进行了动力学分析.首先描述了建模理念,将虚拟材料分别假定了三种复模量非均匀分布形式模拟螺栓搭接部分的力学特性,提出用反推辨识技术确定虚拟材料储能模量与耗能模量的方法.接着,基于能量法并用正交多项式假定模态,推导了螺栓连接薄板的半解析分析模型,并创新性地给出了求解半解析模型任意锤击点与拾振点处频响函数的公式.最后,以一个具体的螺栓连接薄板结构为对象进行了实例研究,结果表明:用所创建的半解析模型计算出的各阶仿真固有频率与实验测得的各阶固有频率的误差均在5%以内,计算得到的各阶仿真模态振型以及频响函数曲线与实测值均较为接近,从而证明了利用复模量非均匀分布的虚拟材料模拟螺栓搭接部分可有效简化螺栓结合部建模,亦可达到较高的仿真计算精度.

贴敷约束阻尼层的螺栓连接板半解析动力学建模及减振分析

在太空环境中太阳翼帆板的振动难以抑制,因此太阳翼帆板的减振研究至关重要。利用双搭接螺栓连接板结构模拟太阳翼帆板的展开状态,研究了通过贴敷约束阻尼层对其进行振动抑制的方法。创建了贴敷“H型”约束阻尼层双搭接螺栓连接板结构的半解析动力学模型,包含:利用层间剪切变形原理,推导了约束阻尼层结构的应力应变关系,用复模量表征黏弹性层的阻尼特性;考虑螺栓的影响区域,提出用复面弹簧单元和修正质量模拟双搭接螺栓结合部的刚度、阻尼和质量特性;引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程和Hamilton原理建立了局部贴敷“H型”约束阻尼层的螺栓连接薄板的动力学方程。进行了实例研究,通过组建的试验系统证明了所创建的复合结构半解析模型在求解固有特性及振动响应参数方面的合理性,同时试验及半解析模型计算结果均证明约束阻尼层对双搭接螺栓连接板具有减振效果。最后,基于所创建的半解析模型分析了贴敷面积及约束阻尼层厚度对双搭接螺栓连接板减振效果的影响。

考虑复杂机架柔性的并联构型装备刚度半解析建模方法

刚度建模是并联构型装备(PKM)设计的重要内容.以5自由度混联机器人TriVariant-B为例,提出了一种考虑复杂机架柔性的并联构型装备整机静刚度半解析建模方法.该方法借助子结构综合思想,将整机结构分解为机构和机架两个子系统,分别采用解析法和有限元静态凝聚技术建立两者的刚度模型,继而根据线性叠加原理构造整机刚度模型.在建模过程中,利用虚功原理和全变形雅可比矩阵构造出各子系统的刚度矩阵,并侧重研究约束支链弯曲刚度及机架/机构界面刚度处理问题.在此基础上,考察整机系统刚度在任务空间中的分布规律,借助全域性能指标评价各子系统中主要构件弹性对整机刚度的影响,并通过有限元和实验验证了该方法的有效性.