基于振动传递率的层合板局部脱层损伤识别研究

为简单准确测出层合板结构的局部脱层损伤位置,提出了一种基于振动传递率函数稀疏化的局部脱层损伤识别方法。文章设计了含脱层GFRP层合板受迫振动的实验方案,并采集板面多点加速度响应数据,利用数据构建振动传递率函数图谱,选取局部稳态频段利用L1范数稀疏化提出脱层损伤指标TD;分析不同脱层位置,不同脱层程度对脱层损伤指标TD的影响。结果表明,该损伤识别指标TD的分布与实际试件脱层损伤的分布吻合性好,利用此指标可进行层合板脱层位置和脱层损伤识别,具有很好的工程应用价值。

振动响应传递率及其在光学精密设备中的应用

基于振动响应传递率的工作模态分析方法(operational modal analysis,OMA)相比于传统的试验模态分析方法(experimental modal analysis,EMA)不需要激励被测系统,因此具有测试步骤简单,应用场景广泛的优点。但当前基于振动响应传递率的工作模态分析方法还处于起步阶段,暂未形成统一的理论体系。为此,梳理和总结了基于传递率的工作模态分析方法的有关研究成果,并将其应用于光学精密设备的模态测试之中。

基于振动传递率函数的水泥混凝土铺面脱空识别方法

为提高水泥混凝土铺面脱空识别的准确性和便捷性,提出一种基于振动传递率函数的板底脱空识别方法。首先,建立了九块板全尺寸铺面结构三维有限元模型,获取冲击荷载作用下铺面板的多点加速度响应;其次,在2个振动传递方向上,分别计算相邻2个测点间的振动传递率函数,分析特定频段内传递率函数的差异,并提出传递率损伤指标(transmissibility-damage indicator,TDI)及其矩阵表达式;最后,计算分析11种不同脱空形式、程度下TDI矩阵的差异,并分析测点布设方式、信号噪声水平对TDI矩阵的影响。结果表明:该脱空判定指标能较好识别定位板角和板边局部脱空。所得TDI矩阵在板角脱空的2个传递方向均十分显著,在板边脱空的垂直脱空边方向较为显著;对于板中脱空,2个传递方向上的TDI矩阵均无法有效识别。板中脱空的分布与TDI矩阵的分布一致性较差;对于多区域脱空,其计算得到的TDI矩阵与单区域脱空类似,对于板角和板边局部脱空均能有效识别;测点布设越密,TDI矩阵的分布与脱空分布的一致性越高。然而,该识别方法对噪声水平较为敏感,噪声水平越高,识别精度越低,需要较高精度的传感器或设备予以支撑。

三枕捣固装置激扰下有砟轨道振动传递及衰减特性试验研究

大机非稳态捣固作业是新建铁路开通运营前的必备工序,目前尚无研究涉及三枕捣固装置激扰下有砟轨道的振动传递特性。针对此不足,选取某典型新建铁路,开展捣固作业过程中有砟轨道动力响应的现场大型原位试验,并在散体道床内部不同位置埋设自制的双轴振动加速度传感器,实现道床内部振动水平演变的实时监测。采用小波分析和快速傅里叶变换方法,从时域-频域角度探究了捣固作业过程中轨枕和道床的振动传递及衰减特征,对比分析不同捣固作业次数影响下有砟轨道的吸振能力和耗能特性。研究结果表明:捣固作业过程中存在典型的振动逆向传递现象,会降低道床的承载能力及稳定性;夹持阶段轨枕的主要响应频率为68.7 Hz,约为35 Hz捣镐固定振动频率的2倍;捣固作业过程中轨枕对不同方向振动的敏感程度存在显著差异,捣镐的横向振动分量会激发道床内部更加丰富的振动响应;第三次捣固作业过程中道床的振动水平较低,道砟颗粒破碎概率最小。因此建议在不改变捣固作业时间和其他捣固作业参数的条件下现场进行多次连续捣固作业时,作业次数不宜超过3次,以保证最佳捣固效果。

嵌入式轨道系统振动传递研究

[目的]嵌入式轨道的阻尼较大,有较好的减振降噪性能,因此有必要对嵌入式轨道的减振降噪机理进行研究。[方法]以广州地铁14号线为例,对嵌入式轨道系统与普通扣件式轨道系统进行了静态与动态的振动测试;基于现场测试的轨道结构频响函数及纵向衰减率,分析嵌入式轨道系统的减振特性。[结果及结论]嵌入式轨道系统在垂向减振中存在着明显的工作频段;嵌入式轨道在绝大多数频段中的振动加速度幅值均小于普通扣件式轨道的振动加速度幅值;当振动频率为550~1200 Hz时,嵌入式轨道的高分子阻尼材料与弹性垫板的减振体系在该频段具有良好的吸振能力;嵌入式轨道与调频式钢轨阻尼器一样存在固定的调整频段,其调整频带范围在振动频率为400 Hz附近;相比于离散支承的轨道结构形式,连续支承的轨道结构形式在振动频率大于750 Hz频段的钢轨振动衰减率更优。

基于压电驱动的圆柱壳内振源振动传递控制

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立振源及主被动支承的振动模型,最终使用子结构频响函数综合获得耦合系统振动模型。基于耦合系统模型和理想控制假设,在频域给出壳体振动可控性,并通过振源-主被动支承-壳体试验系统验证控制的有效性。仿真与试验结果表明,基于压电作动器的主被动隔振方案能显著降低壳体的宽带和线谱振动。

预测抓握力和振动传递的手-臂系统生物动力学模型

针对手-臂的振动问题,提出了一种手-臂混合模型来计算不同抓握力下叉车方向盘传递给手-臂的振动。该模型由肩膀、上臂、前臂和手组成,通过具有刚度和阻尼的关节连接。手部模型包含手掌和五个手指,每个手指的远端、近端和掌指端通过旋转关节相互连接,在手指关节上施加力矩来模拟抓握手柄时的主动肌肉力。通过调整模型材料参数以匹配手和手臂在抓握手柄时的接触压力和振动。将标定后的模型应用于某叉车方向盘对手臂系统振动传递率进行预测,结果表明所建立的考虑抓握力和手与手柄接触条件的模型能够预测车辆驾驶员手臂系统的振动传递。

宽幅喷杆喷雾机振动传递特性分析与试验

宽幅喷杆喷雾机作业过程中,田间路面激励和拖拉机自身的振动导致喷杆发生振动,喷杆末端触地现象频发,对雾滴沉积均匀性和喷杆寿命产生很大影响。为抑制喷杆振动对喷雾质量的影响,解译喷杆振动传递特性,以幅宽为24 m的喷杆式喷雾机为载体,通过试验模态分析获得固定支撑方式下喷杆的约束模态信息;对被动激励源之一的支撑架进行运行模态分析获取工况工作频率,并在此基础上通过建立支撑架的有限元模型以阐明药箱液位对支撑架模态参数的影响。最后,通过试验获得机械激励和不同工况下喷杆振动的时、频域信号,结合模态分析结果,分析了主、被动激励源对喷杆振动传递特性的影响。结果表明:喷杆的前8阶试验模态频率均低于120 Hz,模态振型以弯曲变形为主,变形主要分布在喷杆的第一段和末端;发动机的2阶惯性力频率与喷杆的第3阶试验模态频率43.562 Hz接近,支撑架前16阶运行模态的固有频率与前8阶的喷杆模态频率范围重合;机械激励下,0~150 Hz频率范围内的响应包含整个喷杆的模态特性,且在该频率范围内振动在传递过程中存在很大损失;在怠速工况下,喷杆振动主要由发动机的2阶惯性力所致,振动主频为40 Hz,支撑架模态对振动的影响忽略不计;颠簸路面工况下,喷杆振幅随着行驶速度的提升而增加,主振频率在20 Hz和120 Hz处,而平滑路面工况下振动信号几乎不受行驶速度的影响;药液负载下,激励源与药液晃动的耦合振动增加了喷杆的振动响应,且药液还增加了支撑架结构的质量和阻尼,对支撑架振动有抑制效果。研究结果可以为喷杆结构的优化设计与减振提供理论依据。

多耐压壳体结构振动传递控制技术研究

相对单耐压壳体,由于多耐压壳体通过舷间连接结构相互耦合,受激励耐压壳体向临近的舷间结构/舷间声介质、临近耐压壳体、轻外壳等主构件传递振动,总体上呈现多路径相互叠加的树形结构,传递路径复杂。采用数值方法,通过建立多耐压壳体有限元模型,基于多耐压壳体耦合特征,分析振动传递路径上基座、激励位置、舷间结构等相关参数对多耐压壳体声学特性影响,从传递路径上开展针对性的结构声学噪声控制技术研究。分析结果可为多体结构的工程设计和振动噪声控制提供有效参考。

舰船复合材料轴振动能量传递特性研究

针对舰船复合材料传动轴减振机理尚不清晰的问题,文中构建了某舰船复合材料轴仿真模型,基于功率流法分析了复合材料轴振动能量传递特性,并在此基础上进一步探究了钢法兰-复合材料刚柔耦合界面匹配参数和轴段内复合材料铺层方式对振动能量传递的影响规律。最后通过复合材料传动轴模态试验和振动传递试验验证了仿真模型的准确性。结论如下:刚柔耦合界面对于振动能量抑制有着显著作用,其振动能量的传递随接触面积的增大而降低,而弹性模量比仅影响传动轴固有频率;随着铺层角度的减小及铺层数量的增加,复合材料轴段隔振性能逐渐增加。

融合传递机理的履带车辆系统级振动状态关联模型研究

针对履带车辆的振动预测,提出了一种融合传递机理的履带车辆系统级振动状态关联模型。首先对履带车辆的结构进行分析,明确振动传递路径并提出多层次关联模型架构;然后结合深度学习技术构建关联模型,并通过关键位置激励载荷参数筛选对模型进行优化;最后使用真实车辆振动数据集进行振动状态预测。结果表明,与未融合传递机理的关联模型相比,融合传递机理的履带车辆振动关联模型在6个振动指标的预测精度上均获得提升,证明了融合传递机理的振动预测方法的有效性。

基于腰部支撑的座椅振动传递特性研究

为充分研究腰部支撑对座椅振动传递特性的影响,文章以某车型座椅为研究对象,以座椅腰部支撑的三种状态:“初始”“中间”“最大”腰部支撑为切入点进行研究。通过台架实验测试了6位志愿者在某汽车座椅上受到前、后方向的随机振动激励(1~30Hz)时,座椅底部到坐垫以及座椅底部到靠背的加速度传递率。经过系统分析发现,当腰部支撑状态加强时,座椅底部到靠背的振动传递率的共振峰值减小,座椅底部到坐垫的振动传递率的共振峰值增大。该研究在汽车座椅设计优化,底盘系统设计与布局等领域具有一定的参考价值。

基于车内振动传递特性的动力总成悬置系统稳健性优化

随着汽车NVH性能要求的不断提高,悬置系统在汽车NVH中的地位越来越突出[1]。在悬置系统正向开发设计过程中,由于悬置制造过程中的误差,悬置的刚度会在±15%的范围内波动,这会导致悬置分析的优化结果存在一定的不确定性,造成批量生产时NVH表现的不一致性。动力总成悬置系统的设计是减小发动机振动与噪声的关键一环,其稳健性分析优化会对汽车NVH性能产生较大影响。

平衡式大流量电机柱塞泵振动传递路径分析

为进一步改善振动与噪声对平衡式大流量轴向电机柱塞泵的影响,建立机械振动传递路径模型,分析它在激振力作用下机械振动产生与传递的特点和规律。结果表明:平衡式电机柱塞泵在激振力作用下外壳体振动最为剧烈,振动过程由瞬态响应阶段逐渐收敛减小最终进入稳态响应阶段,出油口端盖、吸油口端盖以及外壳体的最大共振频率分别为4 104.1、2 577.58、2 602.6 Hz,对应的最大共振幅值分别为6.82、6.24、3.7 m/(s^(2)·Hz),相比于普通电机泵,平衡式双斜盘结构具有明显的减振降噪功能。

蜂窝纸板振动传递特性关系的研究

为快速获取蜂窝纸板振动传递特性曲线的峰值数据,开展振动仿真实验;研究蜂窝纸板孔径、砝码与蜂窝纸板的接触面积、纸板厚度、砝码质量4个变量与振动传递率及其对应频率的关系;通过多项式拟合得到变量-频率和变量-振动传递率2个关系式,并评估所得关系式的预测准确性。结果表明,用于表示关系式拟合精度的R2分别为0.997和0.991,表示其预测精度的R2分别为0.996和0.969;R2均接近1,说明所得关系式的拟合、预测准确度均较高。对11种优化算法的拟合结果进行对比,发现麦夸特法+通用全局优化法的拟合精度最高。本课题所提出的方法可在一定环境条件下、设定的参数范围内进行振动传递率-频率曲线关键数据的有效预测,可以降低实操中的实验工作量。

含弹性连接和夹层流体的双层壳振动传递特性研究

为研究水中隔振器的振动传递机理,结合子结构导纳法、波传播法和四端参数法,建立了含弹性连接和夹层水的双层圆柱壳振动耦合理论模型。模型分为内、外壳两个子结构以及弹性连接构成的修正子结构,采用结构刚度和连接刚度构成的矩阵描述夹层流体的影响,推导内壳以内的水介质声压,对水中隔振器的振动传递特性开展了研究。结果表明:对存在夹层水介质的条件下,内壳以内的水介质流体负载效应同时作用于内外壳;内外壳夹层水对壳间的振动传递起到了“短路”作用,降低了隔振器的减振性能,且与夹层厚度无关;此外,与刚性支撑连接相比,水中隔振器仍具备一定的隔振效果。

捣固稳定作业次数对新建铁路道床振动传递特性的影响

新建铁路在开通运营前道床需进行多次捣固稳定作业以确保线路达到正常运营要求,但目前现场大机捣固稳定组合作业次数多以长期累积的实践经验为主,缺乏科学的理论依据。为研究DWL-48捣稳组合作业车对新建铁路道床动力特性的影响,开展了捣固稳定作业现场锤击试验,从时频域角度细致分析不同捣固稳定作业条件下道床的振动传递特性。研究结果表明:随着捣固次数的增大,道床纵向振动衰减率R13(轨枕1传递至轨枕3)逐渐增大,而道床纵向振动衰减率R12(轨枕1传递至轨枕2)呈先减小后增大的变化趋势,且在第二次捣固作业时道床纵向振动衰减率出现最小值30.73%;捣固作业次数主要改变了离激振源最近轨枕的第一共振频率;随着捣固稳定作业次数的增加,离激振源最近轨枕的第一共振频率呈先增大后减小再增大的变化趋势,在第二次捣固稳定作业后,第一共振频率出现极小值118.125 Hz。同一起道量条件下,仅考虑道床振动传递特性,建议新建铁路在进行多次捣固作业时应该将捣固次数控制在两次;综合考虑捣固稳定作业次数对道床纵向振动传递特性的影响,建议新建铁路应该进行两次捣固稳定作业较为合理。

基于功率流的复合材料层合板连接节点振动传递特性

[目的]为了研究复合材料层合板连接节点的振动传递特性,提出一种采用有限元功率流法并结合功率流可视化技术的分析方法。[方法]首先,验证用有限元实体单元功率流描述板壳振动的有效性;然后,引入功率流传递率评价指标,提出有限元模型功率流传递率的计算方法,并以导纳功率流法计算结果为参照来验证其有效性;最后,建立嵌入式连接和螺钉连接这2种复合材料层合板的连接模型,计算其功率流传递率曲线和典型功率流矢量图。[结果]对比验证结果表明,2种连接模型的振动传递路径和功率流传递率存在明显差异。[结论]有限元功率流法直观反映了连接结构的振动传递能力及振动能量传递路径,可为复合材料结构设计提供参考。

基于L_(1)范数振动传递率的梁构件损伤识别研究

基于传递率函数在频域给定结构各测点输出响应间的函数关系而无需测量结构输入荷载信息的特点,提出了L_(1)范数归一化传递率函数结构损伤识别方法。首先,对加速度响应数据频域分析构建传递率函数矩阵,通过主成分分析法实现传递率频域特征的降维,提取与梁结构损伤特征高度相关的特征,以不同状态下的主成分有无发生偏离为依据来判断结构是否发生了损伤;其次,结构如果发生损伤,其损伤前后的传递率函数会发生变化;最后,将传递率函数进行L_(1)范数归一化,构建L_(1)范数归一化传递率函数损伤指标。数值仿真和试验结果表明,该方法可有效识别结构不同的损伤位置及程度,识别精度高,具有一定的噪声鲁棒性。

质量分布对弹簧振子链系统振动传递特性的影响

为研究质量分布形式对一维弹簧振子链系统振动传递特性影响的一般规律,从波传递的角度出发,分析相同质量分布弹簧振子链系统通频带和止频带的产生机理,利用随机矩阵的数学理论来揭示无序质量分布系统的振动传递特性。采用有限元法对相同质量与质量无序的弹簧振子链模型进行频率响应计算,求取各频率下子单元振动幅值的变化情况,将衰减情况与理论分析值进行对比。研究表明,质量的无序分布对弹簧振子链系统的振动传递性能有较大改善,系统将不再存在通频带,振动主要会被局限在激振源附近,局域化因子理论公式能很好地反映振动衰减情况。研究结果有助于理解非周期系统的振动局域化现象,并为多维复杂结构的振动局域化分析提供参考。