井下钻具耦合振动测量模型及实钻数据分析

为了监测井下钻柱的实际振动情况,调整钻进参数来控制井下钻柱的振动特性,从而优化钻进,提高钻速。针对如何通过测量的加速度信号对不同振动形式进行解译与表征的井下振动测量关键问题,建立钻柱振动的解析动力学模型,研究了某种特定振动模式下传感器输出信号的测量,分析了传感器输出信号与钻柱振动模式的关系。通过对模拟信号中振动模式所对应的加速度输出特征进行研究,分析得出实钻数据中所包含的振动信息。为井下振动测量信号的量化分析与运动模式解译提供依据。

土体性质对地铁振动传播与衰减的影响

地铁沿线地质构造复杂多变,车致振动在不同路基土中的传播衰减规律也因土体性质的不同而变化。为研究土体性质对车致振动在土体水平和建筑物竖直方向上传播和衰减规律的影响,分别建立车辆-轨道耦合动力学模型和轨道-隧道-土体-建筑物三维动力学有限元模型,然后分别取路基土为坚硬土、中硬土、中软土和软弱土,分析比较地铁运行所引起的线路周围土体和建筑物的振动情况。结果表明:相比较于硬土,软土路基的土体振动强度更大;路基土越软,振动在由土体传到建筑物过程中的衰减幅度越大;随着与线路中心距离的增加,4种土体振动响应在整体上均呈现出随之减弱的趋势,但在局部区域会出现振动放大效应,此现象需格外关注;随楼层升高,在4种路基土条件下建筑物对16Hz以下的振动响应基本不变,对16Hz以上的振动响应呈减弱趋势。研究成果可为不同路基土条件下地铁线路的减振降噪提供理论指导。

基于评价指标转换法的地铁环境振动烦恼度研究

为研究地铁环境振动水平与人体主观烦恼度感受之间的关系,采用指标换算法,推导了最大Z振级VL_(z, max)与四次方剂量值(vibration dose value, VDV)之间的转换关系,并通过现场测试对转换公式中的待定系数进行了拟合。借鉴基于VDV指标的暴露-响应关系研究成果,得到了基于VL_(z, max)指标的暴露-响应曲线,初步实现了基于我国国标推荐指标的居民振动烦恼度评价。研究表明:单位时间内过车数目增多会导致人体产生烦恼度的比例增加;国标GB 10070、GB/T 50355和GB 55016中推荐的振动限值所对应的居民烦恼度,与国外标准中限值所对应的烦恼度基本一致,最严格限值对应的高度烦恼度比例约为3%。

爆破振动作用下桥梁桩孔稳定性振动台试验研究

为了解爆破振动对邻近桥梁桩基成孔后桩孔稳定性的影响,以与山体爆破工程计划同时施工的某主跨280 m的斜拉桥为背景,设计、制作土箱和缩尺比1∶40桩孔模型开展振动台试验,研究桩孔孔壁的破坏特征、土体振动速度和动土压力的变化规律。结果表明:土体的振动速度峰值和动土压力峰值均随着爆破强度的增大而增大,在土体产生破坏后,土体的振动速度峰值和动土压力峰值均呈现出非线性增大趋势;爆破强度较小时土体的动土压力峰值曲线为U形,爆破强度较大时桩孔区域土体的动土压力峰值曲线为W形,桩孔中上部区域的动土压力峰值较大;山体爆破振动会使钢护筒底部与土体交界面以下桩孔的中上部区域出现破坏,应对山体爆破施工加强现场监测,桩孔附近的振动速度峰值不宜超过2 cm/s,以保障桩孔的稳定性。

钻柱的黏滑与高频扭转耦合振动测量与分析

钻井系统的自激扭转振动会导致钻头和地层之间的接触力或切削力相对速度出现下降特征。为减轻这种机制的影响,通过对三轴振动的时域、频域分析,研究了钻柱扭转振动特征。研究结果发现,低频的扭转振动会引发黏滑振动,黏滑振动频率为0.128 Hz,三轴振动和转速会出现周期性波动。钻柱发生高频扭转振动(HFTO)时,三轴加速度都出现了177.2 Hz的主频率。时域分析发现,切向加速度远大于轴向和法向加速度峰值,均方根值也较高,表明切向振动波动较大、能量高,说明此时井下正发生扭转振动。黏滑与HFTO发生耦合时,法向加速度会出现2个主频,即黏滑时的主频和HFTO的主频。高扭转频率会提高扭矩和机械转速导致钻具疲惫。研究结果对描述扭转振动的特征,判断钻井过程是否发生黏滑、HFTO和及时采取消除黏滑振动、缓解钻具疲惫技术措施具有指导作用。

工况对双螺杆混输泵振动特性影响实验

为研究工况对双螺杆混输泵振动特性的影响,搭建双螺杆混输泵多通道振动测试系统,测试并分析不同含气率、转速及出口压力下混输泵振动参数。结果表明:排液开始时排液腔瞬时打开诱发射流,射流向竖直向的泵出口偏转从而产生压力脉动并诱发振动,导致泵竖直方向振动加速度有效值高于水平方向和轴向;含气率为7.5%时振动加速度有效值为纯液工况时的1.88倍,随着含气率进一步升高测量值降低;而含气率大于20%时,振动有效值继续升高。在转速为1450r/min时y方向振动加速度有效值是850r/min时的2.95倍;振动加速度有效值随出口压力变化较小。当转速由850r/min升高至1450r/min时,径向垂直方向振动加速度主频由75fn移动至50fn。研究可为提高双螺杆混输泵运行稳定性提供指导。

铁路及城市轨道交通环境振动影响评价标准分析

铁路及城市轨道交通在便民利民的同时,也对沿线周边环境产生振动影响。轨道交通环境振动影响评价标准是确定振动评价方法、指标和限值的关键,直接关系到振动传播对周边居民的影响。总结近年来轨道交通环境振动相关标准和规范,对轨道交通环境振动范畴、振动描述与测量基本参量和振动预测与控制方法进行梳理,提出现行标准中有待修正的内容,以期为治理轨道交通环境振动影响问题提供参考。

地基和基础对建筑物地铁振动响应影响的研究

随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。

有关振动方程与波动方程问题归类解析

对于质点的简谐运动,振动位移随时间变化而变化,振动图像为正弦曲线或余弦曲线,反映同一质点在各个时刻的位移变化情况.若从平衡位置开始计时,且正向位移逐渐增大,则振动位移与时间的关系式即振动方程为y=Asinωt=Asin(2πTt);若从正向最大位移处开始计时。

陶瓷基复合材料超声振动辅助加工技术研究现状

陶瓷基复合材料具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐腐蚀性等一系列优点,在航空航天、特种防护等领域具有极大的应用前景,同时陶瓷基复合材料的高精度高效率加工依靠传统机械生产方式难以实现。超声振动辅助加工技术在陶瓷基复合材料的深小孔、薄壁和复杂型面加工等领域应用日益广泛,并形成了特有的行业体系,是精密、超精密制造领域发展的重要方向。针对近年来陶瓷基复合材料的超声振动辅助加工技术的发展状况,概述了陶瓷基复合材料和超声振动系统的研究现状,系统介绍了陶瓷基复合材料加工领域超声振动辅助磨削、钻削以及旋转超声加工和微细超声加工的应用和研究现状,并对超声振动辅助加工技术的应用趋势进行了总结和展望。

公轨合建盾构隧道振动荷载的动力响应特性

为了探究汽车-列车振动荷载对公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体的动力响应特性,采用有限元软件ABAQUS对某公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体进行数值模拟,通过ABAQUS软件的Dload子程序对汽车、列车振动荷载进行耦合,分别将单一振动荷载及汽车-列车振动荷载作用引入公轨合建盾构隧道,分析公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体在不同工况时加速度、位移、应力、应变的变化。结果表明:汽车、列车振动荷载频率不同,共同作用后产生拍频现象,导致相同方向合成荷载的振幅可能小于分荷载的振幅,当频率相同时所合成荷载的振幅最大;管片上方的土体以及非封闭弧形内衬外侧土体发生较大的应变,最大塑性应变发生于拱顶偏右侧,达到7.032×10^(-6);公轨合建盾构隧道内部结构中的预制箱涵牛腿柱、顶板处出现较大拉、压应变,在长期运营期间需要对预制箱涵牛腿柱、顶板位置进行定期检查和必要支护。

考虑深井井下动力钻具影响的钻柱粘滑振动规律

油气勘探开发统计数据显示,深井钻井过程中粘滑振动频发,占钻进时长的50%以上,严重影响了钻井井下安全,延长了钻井周期,增加了钻井成本。由于深井钻柱结构较为复杂,井下动力钻具应用普遍,但动力钻具对井底钻头粘滑振动的影响规律缺乏深入研究,目前尚未有学者提出深井动力钻具下的钻柱全尺寸动力学模型。为此,基于弹簧集中质量原理,建立了包含井下动力钻具的粘滑振动仿真模型和螺杆钻具输出参数的计算模型,研究了螺杆钻具、扭力冲击器及两种工具复合使用对钻头粘滑振动的影响,并基于模型分析了现场实钻案例。研究结果表明:(1)使用螺杆钻具复合钻进时,转盘转速与螺杆转速对粘滑振动影响较大,复合转速越大,越有利于消除粘滑振动;(2)钻压和钻头尺寸越大,需要消除粘滑振动的转速就越大;(3)在保证水力参数的情况下,螺杆输出较高的扭矩和转速,能够有效地抑制钻头粘滑;(4)扭力冲击器和螺杆钻具复合使用情况下,当螺杆钻具的输出参数不足以抑制粘滑振动时,提高扭力冲击器的冲击扭矩和冲击频率,可降低螺杆钻具的临界转速,抑制井底粘滑振动。结论认为,该动力学模型可以为深井合理使用动力钻具、避免粘滑振动和提高机械钻速提供有效的技术支撑,该理论新认识在指导钻井现场钻进,提高钻井效率和降低钻井成本等方面具有重要的现实意义。

基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法

针对地震模拟振动台受到系统和试件非线性等因素影响,导致波形再现精度不高的问题,提出基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法以提高振动台的控制效果,通过数值仿真和实际振动台试验对该方法的控制性能进行研究。研究结果表明:基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法能够快速收敛,迭代次数较少,可以大幅提高振动台的波形复现精度,能够提高振动台的控制性能。

大功率拖拉机驾驶室振动仿真与试验验证

针对路面不平度引起的拖拉机振动及驾驶员驾驶疲劳等问题,以大功率拖拉机为研究对象,基于车辆动力学理论建立六自由度人-椅-路面拖拉机振动模型,仿真拖拉机动态工况下人椅系统的振动传递过程。为验证模型的准确性,在田间及沥青道路上进行实车试验,测量动态工况下拖拉机座椅及人体头部、腰部、腿部的振动加速度,并与模型仿真结果进行对比;通过加速度响应的时域和频域分析,把加权加速度均方根值作为评价指标,对驾驶员的振动舒适性进行评价分析。结果表明:建立的人椅系统模型与振动试验的结果有很高的一致性,模型具有良好的预测效果,且驾驶员测量部位因振动产生的不舒适感由低到高为头部、腿部、腰部,为拖拉机减振及座椅设计提供了参考。

基于Galerkin截断的薄膜-床面耦合振动响应分析

将废塑料薄膜进行分选回收是目前最为高效节能的塑料垃圾处理方式,废旧塑料薄膜及床面的振动会直接影响分选的效率。提出了将薄膜模型和床面模型结合建立薄膜-床面耦合系统动力学模型的方法。并通过受力分析,利用Galerkin截断将床面的变形表达为模态函数的线性组合,建立了薄膜-床面非线性耦合振动微分方程。研究了不同截断阶数对薄膜-床面耦合非线性振动动态响应的影响,确定了保证薄膜-床面耦合系统振动收敛性的Galerkin截断阶数。通过床面位移响应对此方法进行了验证和对比,结果表明Galerkin截断法适用于求解耦合系统振动分析,且计算速度较快。

航空发动机振动环境谱统计归纳方法及振动试验台复现

为满足航空发动机及机载产品研制过程贴近使用环境的振动考核试验需求,需根据发动机实测振动数据给出振动考核试验所需的输入谱图。依据GJB/Z 126-99中给出的环境测量数据归纳方法,建立了发动机实测振动环境谱统计归纳方法并通过程序实现。利用发动机多架次实测试飞振动数据统计归纳得到发动机测点位置的振动实测谱。基于能量等效及信号频域特征分布一致原则,将归纳得到的实测谱转化为可用于振动台输入的振动环境谱,并在振动台上进行了振动信号的复现试验。结果表明:振动台输出信号与发动机实测振动信号频域分布特征一致,在统计频率带宽范围内振动总量最大相差5.7%,证明了转化方法是合理的,为航空发动机机载设备贴近使用环境的振动考核试验方法提供了真实的输入谱图。

系外行星成像星冕仪振动夹具设计与试验分析

为设计满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪振动试验要求的夹具,对初步设计的振动夹具进行模态仿真分析。根据分析结果,识别夹具薄弱环节,并对振动夹具进行改进设计。通过分析计算,改进后的夹具满足设计固有频率要求。并对其进行正弦振动和随机振动动力学分析。将夹具在振动台上进行正弦扫频试验,验证设计合理性。夹具的仿真一阶模态结果342.6Hz,其振动试验结果一阶模态为329Hz。振动夹具一阶固有频率的试验结果与仿真计算误差约为4%,误差合理。试验验证了仿真计算结果的正确性。实现了振动夹具的基频大于试验件3倍的目标,振动夹具设计合理。满足巡天空间望远镜系外行星成像星冕仪力学环境试验使用。

组合三棱柱振子流致振动运动特性分析

以流致振动能量转换系统(flow induced motion energy conversion system,FIMECS)为基础,以截面形式和刚度为变量针对组合三棱柱振子进行试验,评估振幅、频率等指标。试验选取了组合三棱柱振子进行了模型试验,通过改变截面排布形式以及系统刚度来研究截面布局、刚度对组合三棱柱振子的影响。该研究旨在探究组合振子流致振动的最佳振动条件,为后续多振子流致振动研究扩展思路。试验结果表明:三种不同排布形式的组合振子,在不同刚度工况下都有较好的振动效果,Ⅰ型和Ⅲ型振子振动随流速变化表现为典型的涡激振动,Ⅰ型排布振子具有最好的振动表现。

大跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖竖向振动性能试验研究

为研究齿板连接木桁架搁栅楼盖的人致振动响应,对12m跨度齿板连接木桁架搁栅楼盖振动性能进行了足尺试验研究,分析了横撑和隔墙对木楼盖振动特性、楼盖刚度的影响,分析了单人步行荷载和自由落体冲击荷载作用下木楼盖的振动响应。结果表明:木楼盖前三阶振型符合预期,单跨木楼盖的基本自振频率在8Hz以下,低于连跨形式木楼盖的基本自振频率;安装横撑和设置隔墙都可以增加木楼盖的前三阶频率;在不同位置安装横撑均可提高木楼盖的刚度,减小木楼盖的静态挠度,均匀安装4排横撑可将楼盖中心静态挠度降低47.5%;不同方向步行荷载激励下木楼盖的振动响应略有不同,纵向行走而致的振动响应较大,横向较小,安装隔墙后木楼盖中心的振动响应能降低40%左右;木楼盖的纵向振动传递大于横向和斜向两个方向,安装隔墙有助于木楼盖振动的传递。

微振动模拟与主被动隔振一体化实验平台

针对遥感卫星地面微振动实验的复杂要求,设计了一种同时具备微振动模拟与主被动隔振功能的一体化微振动实验平台,并对该平台的主、被动隔振性能以及微振动模拟效果分别进行了仿真分析和实验测试。其中,被动隔振由气浮支撑实现,主动隔振采用主动阻尼方法抑制共振峰,微振动模拟采用基于线性系统频响函数的控制策略。实验结果表明,平台前六阶的模态频率分布均小于10 Hz,被动隔振系统能大幅抑制10~200 Hz频段内的地面微振动;主动隔振能够实现14 dB的隔振系统共振峰衰减效果。微振动模拟功能能够有效产生接近星上的单频和多频真实扰动线谱,在特定频谱的扰动模拟实验中,幅值最大误差为5.9%,在误差允许范围内。该多功能一体化实验平台的各项功能均能满足地面模拟实验需求。