自激非平稳振动数据驱动的拉索动力性能表征

跨海斜拉桥的拉索在非极端风环境下会产生自激振动,基于现代监测与数据分析技术可即时把握拉索自激振动的数字特征,并以此反映拉索的实时动力性能。根据某跨海大桥主航道斜拉桥拉索振动加速度长期监测数据中的共性特征,提出基于振动加速度时间序列信号上包络线高斯混合模型和频域功率谱的拉索风致自激振动非平稳段自动提取方法。提出基于各自激振动非平稳时间序列进行主导频率识别,并采用带通滤波后的最后1个下降段数据进行阻尼比识别的策略,排除了振动幅值上升段环境风自然激励带入能量对阻尼比识别的干扰。基于各自激振动非平稳段主导频率-阻尼比的识别结果,通过对频率值进行聚类,得到各阶模态对应的模态频率-阻尼比数据簇。根据阻尼比数据的离散、偏态特征提出采用对数正态分布模型的e^(μ)和其累积分布函数的分位值来描述拉索阻尼比统计规律。采用各数据簇的频率质心以及阻尼比概率特征参数作为表征拉索动力性能当前状态的指标。针对背景工程的主要结论包括:桥梁拉索振动加速度信号噪声强、干扰大,在动力特征分析时须排除类似干扰;桥梁拉索的自激振动加速度幅值最高已超过3000 mm/s^(2),振动幅度较大;桥梁拉索的阻尼比平均水平约为0.03%,与设计规范推荐值相比偏低。

含浮动花键的直升机超临界轴系自激振动实验研究

为避免含浮动花键超临界轴系的研制及工程应用中出现的自激失稳问题,以某型直升机超临界尾水平轴系为研究对象,定性分析了短轴自激振动的产生机理,开展了浮动花键不同状态下的振动稳定性试验。研究表明:内摩擦阻尼力是短轴自激振动的根本原因,其特征频率为短轴一阶固有频率。正常安装状态下,轴系运转平稳,自激振动幅值均在0.1 mm以下。润滑状态越差齿面损伤越严重,无润滑状态自激振动最大幅值为0.9 mm。定位面配合间隙超限会导致自激振动和齿面损伤,花键侧隙一定程度超限仅有齿面损伤,二者均超限时自激振动最大幅值为4.77 mm,极易发生失稳,且自激振动多出现在小载荷状态。实际应用中应加强振动监控,细化花键检查步骤,控制尾轴同轴度,确保工作安全。

膜片联轴器刚度对尾轴自激振动的敏感性分析

针对直升机尾传动轴系动力学设计需求,参照某型直升机尾传动轴结构形式,建立了花键-膜片联轴器-轴系动力学模型。讨论了膜片联轴器各向刚度对尾轴系统自激振动影响的敏感性。研究结果表明:轴系的自激振动响应对膜片联轴器角向刚度变化最为敏感,对扭转刚度的变化敏感性一般,而径向刚度与轴向刚度在小范围变化时对轴系自激振动的影响可以忽略。

汽车传动轴万向节摩擦引起的自激振动与稳定性分析

针对某四驱车急加速工况传动轴撞击中间支撑限位问题,建立考虑万向节内部摩擦的传动轴系统横向运动方程,识别原因为万向节内部摩擦引起的传动轴自激振动。建立包含万向节摆动Dahl摩擦的传动系ADAMS模型,利用仿真失稳转速评价主要参数变化对系统稳定性的影响,并进行实车验证,结果表明:减小万向节摩擦、增加中间支撑刚度、优化传动轴夹角可提升系统稳定性。采用将万向节更改为DO节、优化中间支撑刚度的组合方案,消除了传动轴自激振动现象,验证了方法的有效性。

自激法在500kV电容式电压互感器高压试验中的应用

本文介绍了500kV有分压抽头CVT测量介质损耗因数和电容量的常规试验方法,针对无分压抽头CVT,阐述了现行试验方法中存在的问题,进而分析自激法在现场高压试验中的应用,包括接线方法、所加试验电压及二次自激端子选择,通过现场试验数据与出厂值对比,验证了该方法的有效性,为相关现场试验提供理论指导。

平面3-RRR柔性并联机构自激振动智能控制

平面3-RRR柔性并联机构的闭链耦合约束作用导致其奇异性复杂,而机构在逆向雅可比奇异位形附近易发生自激振动,严重影响机构的精度并对其结构造成破坏。为了让并联机构重新恢复正常工作,设计振动主动控制算法对自激振动进行抑制。首先,建立了机构的逆向运动学模型,并基于速度雅可比矩阵获得并联机构的奇异判定条件;其次,在完成自激振动产生机理分析的基础上,对振动加速度信号进行了滤波和移相处理;然后,结合加速度反馈与位置误差补偿,设计了模糊神经网络非线性控制器、反向传播(back propagation,简称BP)神经网络自抗扰控制器;最后,通过振动主动控制实验,验证了2种智能控制算法的有效性。实验结果表明,所设计的2种控制算法能够在保障并联机构位置精度的条件下,对自激振动进行快速且有效的抑制。

环空流体强化自激脉冲淹没水射流调制与破煤特性

针对下向孔淹没水射流卸压增透技术的瓶颈问题,即冲击力弱、破煤效率低、冲割煤量少、适应性差等,提出了环空流体强化自激脉冲水射流下向孔破煤增透思想和原理,以破除孔底压持效应和水垫增阻效应,提高淹没状态水射流的冲击力和破煤效率。采用大涡模拟、打击力测试和冲击釜破煤实验等研究方法,研究了淹没条件下环空流体强化自激脉冲水射流的高效调制和破煤特性。首先建立了适用于煤矿下向孔增透的环空流体强化自激脉冲喷嘴物理模型,优化了喷嘴结构参数;然后研制了淹没脉冲射流高频打击力测试系统和环空流体强化自激脉冲水射流喷嘴,量化分析了环空流体强化自激脉冲喷嘴在淹没环境中的打击力和流场特性;最后研发了淹没水射流破煤实验系统,开展了淹没水射流破煤实验,揭示了环空流体强化自激脉冲水射流的破煤特性。研究结果表明:在煤矿下向孔工程条件下,由两侧带有自吸口的亥姆赫兹型自激脉冲喷嘴能够有效产生环空流体强化自激脉冲水射流,最优喷嘴结构参数为上喷嘴直径d1=3 mm、壁面碰撞角α=120°、下喷嘴直径d2=3.6 mm、振荡腔腔长L=10.5 mm、振荡腔腔径D=27 mm、引入口直径d3=4.2 mm,泵压为10 MPa时卷吸环空水量最大值为0.28 L/s,平均0.19 L/s;泵压相同时环空流体强化自激脉冲水射流与自激脉冲水射流主频相近,环空流体强化自激脉冲水射流的主频为253~285 Hz,而自激脉冲水射流的主频为251~282 Hz;环空流体强化自激脉冲水射流的峰值打击力分别为自激脉冲水射流、连续射流峰值打击力的1.05~1.08倍和1.63~1.89倍,平均打击力是自激脉冲水射流的1.09~1.16倍,反映了环空流体强化自激脉冲水射流在淹没状态下能够持续产生较大的打击力,具有良好的脉冲射流特性;相同泵压和靶距条件下,环空流体强化自激脉冲水射流比自激脉冲水射流、连续水射流对煤样的破坏效果更强;环空流体强化自激脉冲水射流具备良好的冲蚀煤体破坏效果,约88.65%的煤渣粒度在8 mm以下,当泵压为10 MPa,靶距为10d1时,冲蚀时间为10 s,射流对煤样的冲蚀作用最佳,冲蚀深度47.32 mm,冲蚀体积15.7 cm3。研究成果不仅可破解煤矿下向孔水射流增透的瓶颈问题,同时具有少掘岩巷、节省成本的优势,有望替代和超越上向孔水射流卸压增透,在煤矿瓦斯灾害防治和煤层气开发领域,具有广阔的应用前景。

自激网络的两种振荡波形

本文以RC桥式振荡器为例,说明不稳定网络自激响应的一般形式为复频率波e^((σ_i+jω_i)t).正弦振荡和脉冲边沿都是自激复频率波的特定情形.同一个自激网络,只要改变元件参数,可以产生两种不同的振荡波形.并且说明,正弦振荡器在起振时相位没有平衡;而满足相位和幅值平衡条件的网络,有时也不能建立正弦振荡.

催化剂加料器计量组件摩擦自激振动分析

针对聚乙烯生产中催化剂加料器强制下料故障频发的问题,该研究基于加料器计量组件摩擦副接触不紧密引发强制下料的观点,提出通过分析计量组件摩擦自激振动特性探究强制下料发生机制的新思路,应用有限元复特征值法对计量组件摩擦自激振动特性进行了分析,分析表明现役计量组件在正常工况下易发生摩擦自激振动,且摩擦自激振动会改变浮动盘与计量盘之间的接触状态,是引发强制下料的重要原因。进一步地,将参数不确定性引入计量组件系统,基于响应面代理模型对系统摩擦振动性能进行可靠性评估,结果显示计量组件在考虑参数不确定时较理想设计状态更容易发生摩擦自激振动,摩擦振动性能亟待提高。参数全局灵敏度分析结果表明优化浮动盘相关参数是提升系统摩擦振动性能的重点,结合参数影响性分析,从摩擦振动的角度给出了计量组件改进具体措施。该研究结果可为加料器强制下料发生机制研究及计量组件优化设计提供有益参考。

颗粒自激式冲击-振动耦合力学试验方法及试验研究

针对一类冲击-振动耦合力学试验的技术需求,提出了一种短间隔连续冲击及颗粒体自激振动复合的冲击-振动耦合力学试验方法,并研制了试验系统样机。基于EDEM软件和VC++二次开发建立了试验系统自激振动结构的离散元耦合仿真模型,分析了颗粒体自激振动响应的一般规律,在此基础上根据应用需求优化选择自激振动加载方案。基于研制的力学试验系统样机和自激振动方案开展试验研究,通过分析对比连续冲击加载和冲击-振动耦合加载响应加速度时频域信号,验证了选择的颗粒体自激振动加载方案的实际作用效果,该试验系统可满足一些苛刻高动态连续冲击试验和连续冲击-多频振动耦合试验的需求,研究具有较好的科学意义和工程应用价值。

自激吸气式脉冲射流装置机理的试验和理论研究

为了揭示自激吸气式脉冲射流装置的脉冲产生机理,通过试验获取了装置典型测点压力、靶心冲击压力的时间变化过程和内部水气流动图像,分析了工作压力1.4~1.8 MPa和围压0~0.15 MPa下冲击压力的平均值、脉冲频率和脉冲效果,并结合水气两相流理论研究了装置内部的水气流动结构和水气流动过程。结果表明,围压不变和工作压力越高,冲击压力平均值越大,围压0.1 MPa时,增加幅度为51%;工作压力不变和围压越高,冲击压力平均值越小,工作压力1.8 MPa时,降低幅度为63%;不同工作压力和围压的冲击压力脉冲频率变化不大,在0.5~1.0 Hz之间,但工作压力越高或围压越低,脉冲效果越好;装置内部的碰撞体附近和射流核两侧为亚声速水气流动,下喷嘴入口为超声速水气流动;装置在内部负压区域形成了泡状水气涡团,吸气量、碰撞体测点压力和冲击压力的时间变化过程与典型时间水气涡团的旋转速度和气泡直径之间具有明显的相互影响关系。

高速铁路制动区间钢轨摩擦自激振动研究

为了探究高速铁路制动区间的典型钢轨波磨现象,基于轮轨摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点展开了研究,通过武广高速铁路制动区段的现场调研,掌握该区段的波磨特征并采集相应的轨道不平顺;基于轮轨摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点分别建立制动区段高速列车的动/拖车轮对-轨道-制动系统的有限元模型,并利用复特征值法进行动/拖车轮轨系统的摩擦自激振动分析,比较动/拖车轮轨系统在制动和非制动工况下系统发生摩擦自激振动的可能性,以及在制动工况下动车轮轨和拖车轮轨系统的摩擦自激振动情况;使用控制变量法研究了制动系统摩擦系数和扣件垂向刚度对动/拖车轮轨系统摩擦自激振动的影响规律.研究结果表明:制动工况更容易引起系统的摩擦自激振动;拖车轮轨系统更容易引起系统摩擦自激振动;控制制动装置摩擦系数约为0.30,扣件垂向刚度约为50 MN/m时能一定程度降低轮轨系统发生摩擦自激振动的可能性,进而抑制钢轨波磨的产生.

负载对自激振子动力学性质的影响

以简单生化振子模型为对象,运用数值计算和理论分析,研究负载对自激振子的影响。对振子动力学性质的分析结果表明,振子经由绝缘模块以间接耦合的方式驱动负载的方案有利于维持振子动力学性质的稳定。负载与其上游模块的结合亲和力以及绝缘模块物质总量是影响负载相对振幅的两个关键因素。绝缘模块的引入能够打破负载振荡与回溯性在直接耦合方式下的权衡。对自由能耗散的计算结果表明,振荡自由能耗散增加不一定意味着回溯性减小或负载振荡的增强。

改进型自激谐振无线电能传输系统

针对一种自激式谐振无线电能传输(WPT)系统的主功率管驱动能力弱、软开关性能差、开关损耗大等问题,通过分析谐振主电路工作原理,发现问题的根源是两个不可控二极管限制了主功率管驱动电阻值.采用全控型小功率开关管代替二极管提出一种改进型自激谐振电路,通过对电路4种工作模态的理论分析,证实改进型电路主功率管具有较强的驱动能力.为了进一步得到改进型系统的最优参数,综合考虑各参数容限值建立系统非线性规划模型,设计一种混合优化算法,得到系统全局最优解.利用系统仿真及实验样机进行对比验证,结果表明:改进型WPT系统软开关性能优良,开关管温度降低约7℃,效率提升约4%.

不同润滑介质下气体静压轴承气锤自激振动研究

为研究不同润滑介质对气体静压轴承气锤自激振动的影响,耦合时变的气膜流场控制方程、流量平衡方程和转子受力方程建立了轴承系统的单自由度气锤振动模型。利用有限差分法数值求解模型,得出气膜振动速度瞬态响应曲线用来判定轴承稳定性,并通过试验验证了模型的可靠性和程序的有效性。计算结果表明:使用氙气可以有效降低气锤自激振动的发生;对于氙气和空气的混合气体,随着氙气体积比的增大,气膜振动速度曲线衰减趋势加强轴承稳定性提高,轴承支撑力增大,且供气压力越高支撑力增大幅度越大;当氙气体积比从0增大到0.6时,轴承支撑力快速增大,临界供气压力也持续提高,当氙气体积比超过0.6后,轴承支撑力和临界供气压力增长缓慢,结合成本考虑,氙气体积比为0.6可作为最佳体积比。该研究为气体静压轴承气锤自激振动的抑制提供了新思路。

三类自激变换器及其解析结果

将三类基本的他激脉宽调制变换器(降压、升压、反向变换器)变为自激运行模式.给出三类相应的自激变换器(频率和脉宽调制)的电路拓扑及其解析结果.这将有助于扩大自激变换器在空间飞行器中的应用.

高功率射频前端自激问题分析与评估

随着雷达技术的发展,基于GaN技术的功率器件开始逐渐应用于雷达组件中。在使得雷达集成度、功率密度不断提升的同时,也增加了微波系统的不稳定性。针对典型高功率射频前端自激问题,通过对小信号增益曲线及空间隔离度进行仿真分析,揭示了该自激问题的产生机理。随后通过加装吸收负载的方式,完成了对这一问题的解决。

关于自激振动式小型中耕除草机的研究

自激振动式除草机应用优势明显,在农业领域被广泛应用,同时具备中耕和除草的基本功能。目前市场中自激振动式小型中耕除草机的种类多样,质量参差不齐,部分除草机使用效率较低,容易出现卡顿、除草效率不佳等问题。本文研究的目的是解决自激振动式小型中耕除草机应用效率低下问题,使其适用于小型农田中作业,且除草效果可以达到最优化。通过分析中耕除草机功能、特点、结构,对小型中耕除草机整体结构各局部元件进行设计,通过参数计算的方式,对结构加以完善、优化,使设备结构具备良好的减震功能,减少除草对设备产生的损伤。研究结果表明,自激振动式小型中耕除草机应用性能良好,除草效率较高,以望有关人士参考与借鉴。

抽水蓄能电站球阀自激振系统参数辨识与特性研究

为了研究抽水蓄能电站球阀自激振动以维护设备正常运行,提出了球阀自激振动建模与分析框架。首先通过水锤波在压力管道中的传播特性和柔性阀门漏水特性基于特征线法建立了自激振动系统的综合仿真模型;其次基于粒子群优化算法对不确定的模型参数进行优化,以提高监测数据与仿真结果的一致性;最后基于优化模型设计了4种对比方案对自激振动特性进行分析。结果表明:初始扰动越大,自激振动增长速度也就越快;当不同管道中的水锤波速一致时,不同管道长度组合对自激振动会产生较大影响;分叉管道的长度和直径分别影响自激振动的频率与增长速度;双柔性阀门系统会进一步增大自激振动的增长速度。

新型自激扫掠喷嘴及其工作特性研究

针对涡轮、冲压发动机等空天动力装置对提高燃油雾化性能和油气掺混均匀度的迫切需求,提出一种内含扰流柱的新型自激扫掠喷嘴结构,能够实现0.5mm通径尺度下的自激发扫掠振荡液态燃料喷射。采用高速阴影成像、激光粒径测量等多种实验方法,研究了0.5mm特征尺度下,采用水和航空煤油介质时,新型自激扫掠喷嘴的质量流量、工作频率、扫掠张角、雾化粒径等参数随工作压降的响应变化情况。结果表明,此新型自激扫掠喷嘴在较宽的工作压力(0.05~5MPa)内均能够实现稳定的自激发扫掠振荡,产生50°以上的扫掠张角和1600Hz以上的振荡频率,且其扫掠张角和表征工作频率的斯特劳哈尔数St在较宽工作压力范围内保持恒定;与圆孔直射式喷嘴相比,其流量系数提高了12%,雾化能力实现了数量级的提升。本研究初步验证了新型自激扫掠喷嘴在空天动力装置典型应用环境和工况下的应用可行性。