基于振动敏感性分析的大跨结构优化设计

由于跨度大、结构柔、阻尼低,大跨结构舒适度设计通常难以满足规范要求。本文通过分析结构第一阶竖向自振频率的构件尺寸敏感性系数,研究以最少材料使用量满足舒适度指标,提出了一种基于敏感性分析的大跨结构舒适度优化方法。通过模型案例,对跨长90m的平面大跨结构模型进行构件尺寸敏感性分析,以舒适度为控制性指标进行优化设计,结果表明,在保持材料耗用量基本不变甚至降低的同时,通过敏感性数据驱动的结构优化设计方法,提高结构竖向自振频率4%,降低竖向振动加速度峰值7%,具有较好的舒适度性能提升效果。

虎皮鹦鹉腿部的赫氏小体及切断传入神经前后振动敏感性的比较研究

虎皮鹦鹉（Ｍｅｌｏｐｓｉｔａｃｕｓｕｎｄｕｌａｔｕｓ）腿部的赫氏小体（Ｈｅｒｂｓｔ）的分布长度约６５～８０ｍｍ，平均含１２５个感受单元。感受单元的宽度较均一，平均为３６μｍ。但感受单元的长度呈不规则分布，前、中和后段内感受单元的长度分别平均为１７３±１３μｍ、２３２±６μｍ和２５３±２７μｍ。在前兆地声优势频段内振幅３～１０μｍ的１００、１３０、１７０和２００～２５０Ｈｚ正弦振动刺激下，腿部赫氏小体传入神经切断动物的反应率比正常动物下降约７５％，基本上失去对该频段内振动刺激的敏感反应。

消除振动敏感性与温度漂移的光纤电流互感器

振动敏感性和温度漂移是基于法拉第效应的光纤电流互感器的两大缺点,限制了其在恶劣环境下的工程应用。为此设计并验证了一种消除振动敏感性与温度漂移的新型光纤电流互感器。采用双线绕法绕制光纤线圈;在线圈的传感光纤中点处耦合一个半波片;将位于传感线圈输入端口的一个1/4波片的耦合角度旋转90°。使用琼斯矩阵方法分析了新互感器对振动敏感性和温度漂移的消除。使用低频振动实验台和高低温箱的实验结果表明,新型的光纤电流互感器能够在外界振动频率10～400Hz、振动加速度0～20g(g为重力加速度)的环境下稳定测量100～1000A的电流,系统线性度良好,相对偏差不超过±0.2%;在-50°C～50°C温度范围内基本消除了温度漂移。该互感器结构简单、精度高、抗干扰能力强,为光纤电流互感器的设计提供了新思路。

优化的振动不敏感球形参考腔

利用有限元分析方法提出了四点对称支撑的具有较低振动敏感度的球形参考腔模型。有限元分析表明,通过改变参考腔的支撑位置和支撑面积振动敏感度是可调的,而且可以获得振动敏感度的零交叉点。当考虑加工精度和误差时,切割参考腔振动敏感度的零交叉点仍然可得。这种参考腔模型对于实验室环境中腔稳激光的研究具有重要的参考价值。

基于等效质点峰值振动速度的高铁线路周边建筑结构振动评价研究

高速铁路列车运行过程中产生的振动波对沿线建筑结构的影响不可忽视,适用于高速铁路线路周边建筑结构的振动评价方法具有重要工程意义。首先,基于萨道夫斯基公式与简谐激励作用下建筑结构响应的原理,建立了等效质点峰值振动速度(peak particle vibration velocity,简称PPV)计算式;随后,开展现场土体监测试验,分析了振动信号质点峰值振动速度的衰减特征,并通过小波包变换分析振动信号的频带能量特征,理论计算得出了等效PPV;最后,以现有交通振动作用下建筑容许振动值为评价标准,进行高速铁路线路周边建筑结构的振动安全评价。结果表明:除局部放大程度显著的位置外,高架桥桥墩地基中高铁振动波质点峰值振动速度衰减公式对实际质点峰值振动速度的整体拟合结果较好;基于等效PPV的振动评价方法发现,在振源距45 m处,G924次列车的0~10 Hz等效PPV值大于1 mm/s,超过了振动敏感和具有保护价值建筑的振动容许值;与现有振动评价相比,等效PPV的振动评价方法具有振动敏感性大、可针对特定建筑结构进行振动控制、可在高铁线路周边建筑选址前进行振动评价等优点。

燃气轮机动叶片断裂故障振动特征及其识别方法研究

针对燃气轮机动叶片典型故障模式断裂故障的诊断问题,对动叶片断裂激励下的敏感振动特征及识别方法进行了研究。首先,以机匣-静叶为研究对象,基于动叶片断裂故障机理,并结合燃机叶片结构特点和载荷特征,建立了其断裂激励下的动力学模型及运动方程;通过对其振动响应进行求解及响应分析,研究了便于工程中监测分析的叶片断裂故障的机理特征。然后,提出了一种基于小波变换的叶片断裂故障识别方法。最后,利用某型燃气轮机叶片断裂故障实际案例,对所提出的振动特征及故障识别方法进行了可行性验证。研究结果表明:作为系统主要激振频率,在动叶片断裂后,叶片通过频率的幅值具有阶跃式突降特性,结合小波变换算法可实现对叶片断裂故障的有效识别;该研究成果可为燃气轮机动叶片断裂故障的诊断提供一定的参考。

北京地铁1号线地面振动响应测试与分析

采用高灵敏度加速度传感器,对北京东单—建国门区间的运营地铁进行了现场测试,为研究相似区段特殊的减振措施提供依据.测试结果的分析主要是针对振动敏感仪器的,在频域内采用1/3倍频程频谱,重点考虑低频段的地面响应.通过对测试结果的分析,得出了环境背景振动、公交车等地面车辆和地铁的地面振动响应规律.

爆炸振动作用下硬盘驱动器的安全性能分析

介绍了计算机硬盘驱动器的振动敏感性 ,分析了硬盘驱动器在振动环境下失效的机理 ,通过实验测定了硬盘驱动器振动环境下的短时工作失效判据中阈值 [w ]。提出爆炸地震作用下硬盘驱动器工作失效的安全比距离计算方法。

地铁隧道整体道床轨道脱空对车轨振动的影响

地铁盾构隧道整体道床轨道脱空已成为影响地铁安全运营的重要因素。为揭示整体道床局部脱空对于车轨振动性能的影响,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了地铁列车-整体道床轨道-隧道衬砌-地基二维垂向耦合模型,运用模态分析法和Newmark法求解并分析了不同脱空长度和列车速度下的地铁车轨振动响应。研究结果表明:地铁隧道整体道床局部脱空对车体、转向架、轮对等部位的加速度响应影响显著;车体竖向加速度、钢轨位移和道床位移等振动幅值随脱空长度的增长而增大,可作为道床脱空监测的敏感振动指标,且随着地铁运行速度的增加,车体竖向加速度幅值的增长速度显著加大。

清华大学精密仪器环境振动影响评价

清华大学东配楼内安装有多台精密仪器,为预测将来地铁15号线产生的振动影响,对该楼内、外的环境振动进行了现场测试(包括垂向和两个水平向的振动加速度、速度),分析和评价了铁路、地铁、公路产生的环境振动现状对精密仪器的影响和地面振动传播规律。当京包铁路、地铁13号线有列车通过时,三方向振动水平均不能满足Titan、Tecnai、JEM电镜和原子力显微镜的使用要求。当铁路和地铁均无列车通过、但存在公路交通时,Titan电镜垂向和南北水平向振动水平不能满足要求,但东西水平向满足要求;JEM电镜东西水平向振动水平轻度不满足要求,垂向和南北水平向满足要求;Tecnai电镜和原子力显微镜三方向均满足要求。楼外地面垂向和东西水平向的振动加速度峰值和有效值均随振源距离的增大而衰减,在距京包铁路200 m以外衰减逐渐趋缓。但是东西水平向振动(40 Hz以上)在距京包铁路约50～80 m范围存在放大区。

基于CRP和RQA的高压并联电抗器振动信号分析

并联电抗器油箱表面的振动信号与电抗器绕组和铁心的状态密切相关。因此,可以通过振动信号来监测并联电抗器绕组和铁心状态。本文针对电抗器振动信号的非线性特征,提出了一种基于交叉递归图(CRP)与递归量化分析(RQA)相结合的信号处理方法,对铁心饼上表面振动信号与油箱表面多个测点信号的相关性进行研究。实验结果表明,该方法不仅能定性描述电抗器不同测点信号的相关性,还可利用提取的RQA参量对递归现象定量表述。研究结果从非线性动力学角度为高压并联电抗器振动敏感区域确定及振动测点选取提供了依据。

城市轨道交通项目环保验收环境振动影响调查

结合某市城市轨道交通项目竣工环保验收调查的工作经验,并对照城市轨道交通环保验收技术规范要求,从敏感点调查、措施落实情况调查、环境影响调查等方面说明了如何开展城市轨道交通项目环保验收环境振动影响调查、现状监测及其注意事项,针对常见问题提出了解决建议,可供同类项目参考。

城市轨道交通自动化监测系统的研究

为增强城市轨道交通的监测效果,降低其因振动敏感点造成的振动损害,本文设计了一种可实现对振动敏感点振动实时监测的城市轨道交通自动化无线监测系统,主要介绍了该系统硬件和软件设计,并对比第三方测试系统,分析加速度有效值、振级和固有频率,发现两系统的实验数据相差小于3%,基本一致。结果表明,该监测系统具有较高的准确性和稳定性,满足设计开发要求。

频率对爆破地震作用下结构的动力响应的影响研究

基于结构动力学理论分析了结构在爆破地震作用下的动力响应,发现结构位移响应函数包含结构自振频率和爆破地震谐波频率因子。在此基础上提出了“频比系数”和“结构振动敏感谐波”2个概念。理论分析表明,爆破地震频率和结构自振频率对结构振动响应的影响可以综合为频比系数对结构振动响应的影响,并且这种影响是通过由于频比系数值的改变引起振幅放大系数值的变化而实现的;在所有的爆破谐波当中,结构振动敏感谐波引起的结构振动响应最大,且结构振动响应的主频与其振动敏感谐波的频率相同;在实际工程中,不仅要求显著频率段和主频要远离结构固有频率,而且还应尽可能使显著频率段的谐波频率和主频高于结构固有频率。最后,提出了将频比系数纳入爆破振动安全评估指标的构想。

振动不敏感球形光学参考腔研究

本文主要研究用于超稳激光研制的实验室内水平放置的球参考腔的振动敏感度问题.研究了支撑点高度和支撑面积对腔长变化的影响,并讨论了加速度大小的变化对腔长变化的影响.在支撑点完全固定的情况下,振动敏感度被降低到3.0×10-10/g以内.通过大量的数值模拟获得了球参考腔的最佳支撑位置.根据优化的结果提出了这种切割球参考腔放置平台的方案.考虑了加工误差、近水平放置和非对称支撑对参考腔振动敏感度的影响,定量地给出了这三种因素引起的腔长改变量,而且讨论了二阶效应对腔长变化的贡献.

烟气轮机在安全和节能技术上的新进展(上)

烟气轮机(简称烟机)结垢是影响烟气轮机长周期运行的最突出的安全隐患,而其引发的动叶片叶根疲劳断裂更是近年来最为严重的烟机故障。目前已开发了多项技术以降低此类事故的风险,文章就叶根保护技术、马刀叶片,烟机转子振动敏感性分析等相关技术进行了说明。这些技术的开发和应用,在提高烟机运行可靠性的基础上,提升了烟机的运行效率。

一种滚动隔震平台动力学建模及实验研究

针对振动敏感型设备地震响应隔离问题,研究一种滚动隔震平台,并给出凹形复位板曲面轮廓。建立隔震平台的运动微分方程,通过数值仿真对El-Centro地震波响应进行分析,结果表明隔震平台可消减地震加速度向其承载设备的传递,并且曲面轮廓限制了设备的相对位移。在仿真分析的基础上,对滚动隔震平台的隔震性能进行实验验证,结果显示滚动隔震平台水平方向共振频率在0.5 Hz^1 Hz之间,对于0~16 Hz内的随机激励,隔震后的加速度RMS值下降90%以上;在隔震区,对单频激励也有较好的衰减效果。

基于仿生感知的机床刀具故障诊断系统

现有刀具故障诊断系统具有系统庞大、成本高,精度低等问题,亟需开发一种高精度、低成本的刀具故障诊断系统。为此,提出一种基于仿生应变传感器的数控机床刀具故障诊断系统,该系统首先将精度高、价格便宜的仿生柔性裂纹阵列振动敏感元件封装成刚性的仿生应变传感器,使其适用于采集机床刀具振动信号;然后从采集的刀具振动信号中提取时域和频域特征,并使用支持向量机算法建立刀具故障诊断模型。通过实验对离线故障和实时机床加工环境中的在线故障进行诊断,结果表明,设计的基于仿生应变传感器的刀具故障诊断系统对机加故障诊断的准确率大于88%,在保证故障诊断性能的同时降低了检测成本。这是将灵敏度高、成本低的仿生柔性敏感元件应用于工业故障诊断的一次全新尝试。

低振动敏感性的法布里-珀罗腔设计

铝离子光钟跃迁谱线的自然线宽为8 mHz,因此,需要用线宽为1 Hz左右的激光探测光钟跃迁谱线。半导体激光器的线宽为500 kHz,长期漂移量为90 MHz/h,为了满足铝离子光谱探测的要求,将激光频率稳定在法布里-珀罗(F-P)腔上。振动噪声为F-P腔的主要噪声之一,为了降低F-P腔的振动敏感性,理论分析了激光频率稳定的F-P腔振动敏感性。通过有限元方法模拟分析了F-P腔的弹性形变与其形状和支撑位置的关系,设计了激光波长为534 nm时激光振动敏感性为0.53 kHz/(m?s^(2))的F-P腔,为实现低振动噪声激光提供了理论依据,在原子钟和精密谱测量领域具有重要的应用价值。

10^(-16)量级698 nm超稳激光

为了实现高稳定度的锶原子光钟,设计了基于30 cm腔超稳激光系统。系统性评估并抑制了系统中存在的主要噪声,将参考腔的振动不敏感度降低到6×10^(-10)/g,对应的频率不稳定度小于3.6×10^(-16);使用真空室内控温的方法,将控温层的温度变化减小到0.4 mK以内,腔上温度起伏在1 Hz处相比实验室环境温度降低了5个数量级;功率抖动经抑制达到了1 pW,对应的频率不稳定度为2.4×10^(-19)@1 s;剩余幅度噪声、光纤相位噪声经抑制后均小于3×10^(-16),完全满足达到10^(-16)量级超稳激光的条件。与10 cm腔超稳激光系统进行拍频比对,综合拍频结果和噪声分析显示,系统锁定后激光频率不稳定度的秒稳小于6.2×10^(-16)。