基于MATLAB的质量-弹簧-阻尼系统3种仿真方法研究

以常见的二阶质量–弹簧–阻尼系统为研究对象,通过分析该系统的物理过程并建立数学模型,首次采用MATLAB软件提供的.m文件、Simulink和Simscape 3种仿真方法完成对应模型的搭建,并在相同物理参数的条件下仿真、分析和比较,验证了针对该系统的MATLAB 3种仿真方法测试结果的一致性,同时介绍了3种方法的各自优势。按照MATLAB软件提供的元件模块化搭建系统,仿真及测试过程简洁、清晰,便于系统集成和拓展,为技术人员使用MATLAB软件在工程仿真与应用中提供了可靠的参考依据。

带有弹簧-质量-圆柱壳耦合结构自由振动分析

采用子结构导纳法研究了简支边界条件下带有多根弹簧-集中质量-圆柱壳耦合结构的自由振动。根据已有结果,通过求解多根弹簧等效刚度的推导思路,采用柔度法得到各子结构矩阵元素的柔度系数,进而求得集中质量带有多根弹簧的圆柱壳耦合结构自振频率及模态理论公式,并与已有文献结果作对比,证明了理论推导的正确性。应用理论方法进一步求解了集中质量带有三根弹簧圆柱壳耦合结构的自振频率及振型,并与建立的ANSYS有限元模型分析结果对比,二者结果的误差可忽略不计,再次验证所提出理论的合理性及正确性。

梁-多自由度耦合系统的振动响应分析

采用递归方程方法,对梁-多自由度耦合系统的振动响应进行了分析,得到了该耦合系统在简谐激励作用下振动响应的解析表达式,在此基础上,仍应用递归方程方法对该耦合结构的固有特性进行分析,给出了固有频率及模态振型的公式.根据所推导出的解析表达式,对无阻尼耦合系统给出了相应的数值算例,并同采用分段求解方法得到的数值结果进行了比较,二者之间良好的一致性验证了所提出方法的正确性,而且对其他类似的耦合结构也可以采用该方法进行分析.

带弹簧-质量系统的车-桥耦合演变随机振动

提取悬挂有弹簧-质量系统桥梁的模态函数,将车辆简化为一个两自由度的移动系统,以桥面不平度功率谱密度为输入,建立车辆与带弹簧-质量系统的桥梁的耦合系统力学模型.结合状态空间理论和演变随机过程的一般理论,研究车-桥耦合演变随机振动的弹簧-质量系统控制.通过数值算例可知:弹簧-质量系统对车辆的随机响应没有影响,而可以降低桥梁的随机响应.最后,探讨了弹簧-质量系统与桥梁质量比、弹簧-质量系统个数对桥梁随机响应的影响.

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．

用等效弹簧-质量体系确定单自由度结构的自振频率

基于虚功原理,将不符合单自由度杆系结构自振频率计算公式的单自由度结构,转化为一个等效弹簧-质量体系,从而可用该公式计算其自振频率,扩大了公式的适用范围.由于用本文方法计算自振频率,不必建立动平衡方程,所以较为简便.本文结果与按照建立运动微分方程得到的结果完全相同.

利用弹簧-质量系统抑制梁上任意点的振动

通过调节平行悬挂于梁上的两个弹簧-质量系统使得梁上任意一点的挠度和转角同时为零,从而达到抑制振动的目的．首先利用假设模态法得到结构的控制方程,在此基础上,同时考虑零挠度和零转角条件,得到了一种确定弹簧-质量系统参数的算法．通过数值算例证明了通过该方法能够有效地抑制梁上任意点的振动．

基于单自由度弹簧质量系统理论的探讨

机械设备在运转时,由于偏心质量而引起的强迫振动是很普遍的,当外力的频率和系统固有的频率比较接近时会产生共振,剧烈的振动会引起机器本身结构或部件的破坏,同时会影响周围的精密仪器设备不能正常工作或降低其灵敏度和精确度。因此我们用常系数线性微分方程的理论对单自由度弹簧质量系统进行讨论,并通过实例分析,提出有关机械安装时应注意的问题,从而提高机械设备的使用寿命。

多个移动质量-弹簧-阻尼系统作用下梁的动力特性分析

本文建立了多个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁与梁上系统的耦合振动方程 ,根据模态分析方法得到一组变系数、变维数的时变力学系统线性常微分方程组。作为特例 ,根据Pesterev和Bergman给出的单个移动系统作用下梁的动力分析结果验证了建模有效性和准确性。并对两个移动质量 -弹簧 -阻尼系统作用下梁的静载模型、移动力模型和移动振动系统模型的内力结果进行了比较。最后对梁在多个移动振动系统作用下的移动临界速度进行了分析。

建立弹簧-质量-阻尼系统数学模型的数轴法

提出一种建立弹簧―质量―阻尼系统其数学模型的简单方法——数轴建模法,即建立与系统平行方向的数轴,把弹簧或阻尼器的实际位移值当做有理数标在数轴上对应位置,然后按照有理数比较大小的结果确定相应质量块所受弹簧力或阻尼力的大小和方向,进而求得系统的微分方程。分别以单自由度系统、两自由度振动系统及多自由度系统为例,阐述了数轴法在建立机械振动系统的数学模型中的应用。结果表明此方法在列写弹簧―质量―阻尼系统的运动微分方程时非常有效。

含弹簧-质量系统的多段杆的撞击响应

杆截面形状和质量以某些特定函数(如多项式函数、指数函数及三角函数等)变化时,给出了其弹性撞击问题的闭合解。使用直接模态叠加法(DMSM)研究了不等截面杆及含附加弹簧-质量系统杆的弹性撞击问题。把撞击物和被撞击物作为一个整体系统振动,从而把撞击问题转化为振动问题。基于各段杆上纵向位移的闭合解,得到撞击系统的频率方程、广义质量,并由Duhamel积分得到动力响应。与常规有限元法比较,所提方法能够减少划分单元的总数和CPU运行时间。算例验证了本文方法的有效性。

基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法

地震作用下高层建筑结构顶层的动力反应过大,会对设备的安全性及人的舒适度产生极大的影响,由于尺度的原因导致上述研究无法直接采用振动台进行试验。首先阐述了一种基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法;然后基于matlab进行了一个三自由度体系数值算例,新输入加速度曲线和原输入加速度曲线较为吻合,证实了地震动传递函数的有效性;最后通过小型振动台进行了三种不同地震作用下整体结构模型试验和子结构模型试验,对比后的研究结果表明:两者的顶层加速度反应曲线趋于一致,最大值几乎相同,从而验证了橡胶垫-质量块系统的放大效应和地震动传递函数对于模拟再现高层建筑结构顶层加速度反应的有效性和适用性,可为高层建筑结构抗震试验提供研究参考。

橡胶-质量系统子结构振动台试验方法研究

当遭遇地震作用时,高层建筑顶部动力反应较大。为了研究顶层建筑物内设备的安全性以及人的舒适度,采用整体结构试验和传统子结构试验受到振动台台面尺寸、承载能力、最大加速度等方面的限制。本文介绍了一种橡胶-质量系统子结构振动台试验方法来再现高层建筑遭遇地震作用时顶部结构的反应。为了使子结构能更精确地再现整体结构地震作用,采用传递函数产生一条新的输入加速度时程曲线。通过在SAP2000有限元软件中建立20层整体结构和2层子结构模型进行地震反应分析,验证了橡胶-质量系统子结构振动台试验方法的有效性和适用性。

具有多自由度人-拖拉机非线性振动模型研究

为了能更深入了解坐姿人体—拖拉机系统的振动问题 ,并基于人体和拖拉机结构上的特点 ,将人体用模型转化为非线性机械系统 ,并建立一种具有多自由度人—拖拉机非线性振动系统模型 ,通过算例得到理论数值模拟结果与实验结果比较表明所建立的模型是正确有效的。

一类弹簧质量系统的非线性振动研究

采用理论分析及数值计算方法研究了一类弹簧质量系统在水平面上的运动,得出系统参数及振幅对该类系统非线性周期振动性质的影响规律,丰富了非线性振动的研究.

弹簧质量系统非线性振动的实验研究

采用实验方法研究了一类竖直悬挂的弹簧质量系统沿水平方向的自由振动,观察到振动周期随振幅及弹簧悬点高度的增加而减小.数据分析发现,采用等效质量方法考虑弹簧质量的影响后,非线性振动理论模型所得结果与实验数据吻合,但弹簧质量系统的等效质量系数小于该系统进行简谐振动时的等效质量系数,且与弹簧的最大拉伸长度有关.

双弹簧质量系统在竖直方向振动的实验研究

采用实验方法研究双弹簧质量系统在竖直方向的自由振动.结果表明:双弹簧质量系统简谐振动时的等效质量系数小于同种弹簧构成的单弹簧质量系统的等效质量系数;双弹簧质量系统非线性振动的周期随振幅及两根弹簧悬点间距离的增加而增大.

计及弹簧质量的弹簧—质点振动系统固有模态的探讨

计及弹簧质量的弹簧振子的振动是一个较为复杂的问题。以往对其频率的研究较多,而对其固有模态的研究比较少。本文将从系统振动的解即模态表达式进行讨论,得到系统的固有模态是正交的,而且这种正交性从物理角度和数学角度均能得到合理的解释。

移动质量-简支梁系统的参数辨识

给出了移动质量 -简支梁系统的动力学方程 ,并用基于Hamilton原理的结构动响应算法对方程进行数值求解。然后介绍了一种新的从自由响应数据识别时变参数结构系统的伪模态参数的方法 ,并将该方法引入用于研究移动质量 -简支梁系统的参数辩识问题。

救护车-担架-卧位人体系统振动模型及仿真分析

为分析在路面随机激励作用下担架的振动特性,利用白噪声过滤方法模拟路面随机激励,考虑了车辆前后轮激励的迟滞性和左右轮辙激励的相关性,建立路面随机激励时域模型,根据拉格朗日原理建立救护车-担架-卧位人体系统十自由度振动动力学方程。利用Simulink工具,建立救护车-担架-卧位人体系统受路面随机激励作用的仿真模型,采用控制变量法分析担架放置位置因素对担架振动特性的影响。通过分析表明:担架左右支撑到车身质心距离对担架的振动特性没有影响;前后支撑到车身质心的距离只影响担架的垂直振动特性。