基于多能量场景谐振域构建的风机控制器参数优化方案

文中提出了一种基于谐振域(RA)的风机控制器参数优化方案,用于刻画在多能量场景下风机与多机系统的模式谐振,并通过优化风机的控制器参数降低潜在的模式谐振风险。首先,建立计及能量场景变化的系统小信号模型。其次,提出确定复平面上可能发生模式谐振区域的RA概念。然后,设计衡量谐振强度以及谐振对模式振荡阻尼影响的谐振强度指标(RSI)。为了避免潜在的模式谐振风险,基于RA和RSI对风机控制器参数进行优化。通过IEEE 39节点模型,验证了所提优化方案可在多能量场景下捕捉模式谐振发生区域,并通过风机控制器参数优化有效避免系统潜在的模式谐振。

农用单缸柴油机油箱动态特性识别研究

针对某型农用单缸柴油机油箱在标定工况下受多源激励作用产生的振动问题,融合傅里叶分解方法(FDM)、同步压缩小波变换法(SWT)以及模态分析技术的优势识别油箱动态特性。采用FDM-SWT方法进行标定工况下油箱半载状态振动响应信号的自适应分解与时频特征提取,消除模式混叠对分解结果的影响,提高时频分辨率,获取油箱表面振动信号的主傅里叶固有频带函数分量及其时频特性。采用模态分析技术识别油箱空载状态与油液作用下油箱半载状态的固有振动特性,在研究油箱振动响应特性与其结构固有特性两者相关性基础上,找到导致油箱结构动态特性变差的薄弱环节。通过下箱体底部采用增加压凹加强筋结构设计措施提高油箱结构刚度,避开结构共振频率,优化油箱的动态特性。

基于ANSYS Workbench的某水阀支架模态分析和结构优化

车载电子水阀发生共振会导致起固定作用的支架断裂,给汽车的正常行驶和人身安全造成巨大隐患。为判断车载电子水阀支架是否会发生共振引起断裂,运用ANSYS有限元分析方法计算车载电子水阀的固有频率,并根据其自身结构数据计算工作频率,判断是否会发生共振;分析水阀支架薄弱位置,提出结构优化方案,为进一步解决现有水阀振动问题及结构改进提供参考。

高强化柴油机凸轮轴频率可靠性分析与设计方法

为研究发动机外界激振频率对凸轮轴抗共振性能的影响,采用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立某型柴油机凸轮轴参数化模型,并进行模态分析,得到该凸轮轴前8阶振动频率及振型;基于机械可靠性应力-强度干涉理论,根据结构固有频率、外界激振频率与两者间规定槛值的关系,可推导出基于多失效模式下系统准失效概率表达式,应用频率可靠性评估方法对凸轮轴进行可靠性评估。分析结果表明:凸轮轴频率可靠度满足设计要求。结合实际工况,在全转速范围内开展整机台架实机环境考核试验,验证了频率可靠性评估理论及优化设计效果。并在此基础上提出避免凸轮轴发生共振失效的方法,可对凸轮轴抗共振性能研究提供支持。

侵彻过载信号自适应变分模态分解时频分析方法

传统过载信号时频分析方法广泛应用于超高速侵彻引信层间粘连机理研究和信号处理方法优化中,但模态混叠效应已成为其应用时的瓶颈。针对该问题,提出一种基于自适应优化变分模态分解(OVMD)的侵彻过载信号时频分析方法。考虑到侵彻过载信号频率成分复杂且具有的非平稳性、随机性特点,该方法以模态的混叠效应和稀疏性作为信号的分解约束,采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)搜索获取变分模态分解算法的分解个数和二次惩罚因子,再基于参数优化的变分模型,确定各模态函数的中心频率和带宽,完成过载信号各频率成分的自适应分解。通过对实测侵彻过载信号分析可见,相比于通用经验模态分解算法,该方法可以有效抑制模态混叠现象,且在时域和频域上均具有更好的分辨率,能为引信系统的信号处理、仿真模型验证、结构设计提供有效信息支撑。

基于模态分析的挖掘机发动机罩结构优化

挖掘机发动机罩通常由薄板件与加强筋通过焊接而成。在发动机和路面的激励作用下,其薄板结构容易产生严重的振动响应,直接导致结构某些薄弱位置的变形、开裂等问题。利用HyperWorks软件建立了某型挖掘机发动机罩有限元模型,对其进行了模态分析,得到了其在自由状态下的前四阶固有频率及振型,并通过模态实验验证了仿真结果的准确性。依据实验与数值模态分析结果,对该发动机罩进行了结构优化。与原结构相比,优化后发动机罩刚度有所提高,典型振型的最大变形量大幅降低,其动态性能得到明显改善。

某型数控车床床身的模态分析与结构优化

利用ANSYS有限元分析软件,以某型机床床身为研究对象,建立床身的简化有限元模型,以固有频率作为衡量床身动态性能优劣的指标,通过模型在不同参数下的前六阶固有频率及振型进行对比分析,重点研究了不同床身高度时床身固有频率的变化趋势,以及主轴箱支撑台筋板不同布置方式对床身动态特性的影响,并对此提出有效的解决方案.结果表明,优化后的机床床身具有良好的动态性能,进而能够提高机床加工精度的保持性和可靠性.

某SRV发动机罩模态分析及频率优化研究

建立了某SRV发动机罩的有限元模型,利用MSC.Nastran有限元软件分析了该发动机罩的自由模态,得到了其各阶振动频率和振型。与路面激励频率、发动机激励频率、白车身固有频率进行了对比,指出了其中可能存在共振的频率,并提出了以壳单元厚度为变量、1阶和3阶固有频率为约束条件、系统质量最轻为优化目标的频率优化方案。结果表明,优化后发动机罩前3阶固有频率能有效地避开共振频率。

仿生表面形态齿轮的模态分析

在Pro/E中建立了高精度的参数化渐开线直齿圆柱齿轮模型,以工程仿生学和有限元理论为基础,运用MSC.Nastran分析了仿生表面形态齿轮的动力学性能。通过对普通齿轮和仿生表面形态齿轮进行模态分析,分别计算出了其前10阶固有频率和振型。结果表明,与普通齿轮相比,仿生表面形态齿轮各阶最大振幅更小,其固有频率明显降低,且趋势更为平稳,有效地改善了齿轮的动态特性,提高了齿轮的可靠性。

基于有载频率的简支梁桥自振频率计算方法

由于车辆的存在,在桥梁的动力试验中,测试到的桥梁频率实际上是以桥梁振动为主要振动形式的车-桥耦合系统的振动频率(工程上称为有载频率),而非桥梁自身的固有频率。基于车-桥系统的耦合振动模型和模态分析技术,提出了多个车辆作用下的桥梁有载频率计算方法。在中小跨径的公路桥梁的动态检测中,往往采用单个车辆对桥梁进行激振。对此推导出了单个车辆作用下的桥梁有载频率的简便计算公式。基于单个车辆作用下的桥梁有载频率计算公式,进一步得到了基于有载频率计算桥梁自振频率的解析表达式。最后以某钢筋混凝土梁为例,采用有限元方法计算出的桥梁有载频率为基础数据,充分验证了方法的可行性和有效性。

面向结构健康监测的传感器数量及位置优化研究

在能够反映结构特性的重要位置布置合理数量的传感器不但可以有效地降低结构健康监测成本,还可以提高监测系统处理信息的效率。根据结构系统可观性,分别给出了观测一般结构和重频结构的前若干阶目标模态所需要最少传感器数量的估计方法。提出一种选用Frobenius范数求最大化Fisher信息矩阵的方法,阐述了求最大化Fisher信息矩阵等价于选取具有最大能量的节点模态向量子集的结论。在此基础上并结合传感器优化布置的多重标准,提出基于节点能量和模态保证准则的传感器优化布置方法。数值算例的结果验证了该方法的正确性和有效性。

车用柴油机振动模态分析

为避免车用柴油机共振破坏问题,采用有限元分析方法建立车用柴油机振动方程,通过求解车用柴油机振动方程得到车用柴油机振动系统的固有频率和主振型,并与实验模态分析结果进行对比。研究结果表明,前6阶的理论模态频率与实验模态频率的相对误差在-5%-5%之间波动,其最大相对误差为4.480%,最小相对误差为-4.809%,表明车用柴油机的理论模态分析结果是有效的,可信度较高。

基于HyperWorks的柴油机油底壳有限元建模和结构优化

介绍了HyperWorks有限元分析流程和优化计算流程,讨论了建模中应注意的几个问题,并以4100QB柴油机油底壳为研究对象,在HyperWorks中建立以壳单元为基本单元的油底壳有限元分析模型,分析了该车架的前10阶固有频率,并以第一阶自然频率为目标,对油底壳模型进行形貌优化。

自卸汽车底盘异常振动原因的试验分析

针对某自卸汽车底盘在使用过程中出现的异常振动问题,进行了道路行驶试验研究。测量了典型部位的振动加速度信息,并进行了时域和频域分析,得到了自卸汽车底盘的振动特性,找出了导致该自卸汽车底盘产生异常振动的原因。当车速为60 km/h或65 km/h时,车轮不平衡质量引起的激励或路面不平引起的激励频率接近了该自卸汽车底盘车架的1阶、2阶固有频率,车架产生共振,使自卸汽车底盘发生异常的横向抖动。为消除或减少该自卸汽车底盘异常振动现象,应控制各车轮不平衡质量,或改进车架结构,使车架结构的固有频率远离车轮的激振频率。

车辆作用下的公路简支梁桥测试频率

应用达朗伯(D'Alembert)原理和欧拉-柏努利梁(Euler-Bernoulli)假设,建立了多个车辆-桥梁系统相互作用的理论模型。利用模态分析方法,使车辆-桥梁系统方程解耦,基于广义坐标的自由振动理论,对用广义坐标矩阵形式表示的解耦后的运动方程用固有振动理论求解,从而得出多个车辆作用下的桥梁有载频率。对于中小跨径的公路桥梁,往往采用单个车辆激振桥梁,激振后停于桥上,因此推导出了单个车辆作用下的桥梁有载频率解析表达式。讨论了车辆的位置、弹簧刚度、簧上质量、簧下质量和桥梁有载频率与桥梁固有频率差值之间的关系。

基于有限元分析的发动机罩拓扑优化设计

建立了某轿车发动机罩有限元模型,对其进行了模态分析计算,得到发动机罩的固有频率和振型。在此基础上建立了基于变密度法的拓扑优化设计数学模型,运用HYPERMESH软件对发动机罩进行了拓扑优化设计,研究了发动机罩最优的加强筋布局形式,使得结构的低阶模态频率提高2HZ,提高了发动机罩的动态刚度,解决了发动机怠速时发动机罩的振动问题。

多自由度主系统多模态动力吸振的优化设计

针对多自由度系统的多模态控制 ,通过附加多个动力吸振器 ,利用有限子结构导纳功率流理论 ,以输入系统的净功率流在整个吸振频带内的总声功率级为控制量 ,对多个吸振器进行单独优化设计和联合优化设计。结果表明 ,即使相邻固有频率的比值大于 2 (也即可以认为两个模态不相互影响 ) ,联合优化设计的效果也明显优于单独优化设计。

拓扑优化技术在降低正时齿轮罩辐射噪声中的应用

应用Altair Hyperworks的OptiStruct优化模块,采用拓扑优化技术,对某柴油机正时齿轮罩进行了优化,得到了最佳的质量分布,据此进行了结构改进,使该正时齿轮罩的模态振型避开正时轮系啮合激励频段,进而降低辐射噪声。通过有限元法和边界元法联合求解得知新正时齿轮罩辐射声功率降低了2.4 dB,对比实验验证了计算结果。

汽车空气滤清器的模态分析及结构优化

汽车空气滤清器的表面板壳非常薄,高速气流从进气系统流过时将激励薄板结构产生振动,进而辐射出强烈的噪声,提高滤清器结构动态刚度是减小辐射噪声的有效途径,但刚度的提高通常伴随着质量的增加,实际中希望以最低的结构质量获得最大的动态刚度。针对上述问题,建立了空气滤清器的有限元模型,对其进行了模态分析。从前4阶模态分析结果找出了滤清器上下壳体的薄弱环节,然后通过调节上下壳体壁厚及合理布置加强肋的方法进行结构优化。经优化得到了一种壳体壁厚为3.5mm,加强肋厚度为2.5mm的结构优化设计方案。分析结果表明,滤清器的基频从157.1Hz提高到188.7Hz,提高了20.1%。模态测试表明,结构1阶固有频率为184.4Hz,有限元分析误差为2.3%,优化后的结构提高了低阶固有频率,降低了辐射噪声。

DVG850高速立式加工中心主轴箱拓扑优化设计

拓扑优化是在满足结构体积缩减量的条件下使结构的柔度极小化。为了减轻主轴箱的质量,提高DVG850高速立式加工中心主轴箱低阶固有频率和刚度,利用Ansys的拓扑优化模块,以主轴箱前3阶模态固有频率加权(均取1/3)为目标函数、体积为约束条件,对DVG850高速立式加工中心主轴箱进行拓扑优化。根据拓扑优化设计结果,并兼顾主轴箱工作时的受力情况,对主轴箱进行改进设计。