Dynamic Modeling and Experimental Verification of an RPR Type Compliant Paralle Mechanism with Low Orders

Efficiency of calculating a dynamic response is an important point of the compliant mechanism for posture adjustment.Dynamic modeling with low orders of a 2R1T compliant parallel mechanism is studied in the paper.The mechanism with two out-of-plane rotational and one lifting degrees of freedom(DoFs)plays an important role in posture adjustment.Based on elastic beam theory,the stiffness matrix and mass matrix of the beam element are established where the moment of inertia is considered.To improve solving efficiency,a dynamic model with low orders of the mechanism is established based on a modified modal synthesis method.Firstly,each branch of the RPR type mechanism is divided into a substructure.Subsequently,a set of hypothetical modes of each substructure is obtained based on the C-B method.Finally,dynamic equation of the whole mechanism is established by the substructure assembly.A dynamic experiment is conducted to verify the dynamic characteristics of the compliant mechanism.

基于粒子群算法的农用轮胎柔性环模型参数辨识方法

轮胎柔性环模型能准确表达轮胎变形,但模型的刚度参数无法直接测定,因此模型刚度参数的辨识成为建模过程中的关键。本文基于轮胎柔性环模型运动学方程,分析农用轮胎固有频率与刚度参数之间的关系,提出基于粒子群算法的柔性环模型刚度参数辨识方法。通过轮胎模态试验获取轮胎固有频率,采用粒子群算法对柔性环模型刚度参数进行辨识。将固有频率的试验值与预测值的平均误差作为评价指标,对比粒子群算法与传统算法及遗传算法辨识结果,结果表明粒子群算法的参数辨识结果精度较高,平均绝对误差为1.67 Hz,平均相对误差为1.66%,相较于遗传算法,平均相对误差降低16.16%,运算时间减少93.19%。通过接地印痕试验获取农用轮胎接地角度,结合辨识所得刚度参数,估算轮胎所受到的垂向力,对比垂向力的试验值与预测值,结果表明粒子群算法的参数辨识结果精度较高,垂向载荷估算平均相对误差为1.97%,相对于遗传算法,平均相对误差降低12.05%。

轮胎自由与约束悬置的模态试验与综合分析

为了证实约束对轮胎模态参数带来的影响 ,探讨如何从自由悬置的轮胎模态参数转化为固定悬置的参数 ,分别对自由悬置与固定悬置的轮胎进行激振试验 ,提取模态参数 ,并用模态综合法完成自由悬置结果到固定悬置结果的转化。模态综合计算的结果与试验相符 ,证明了利用自由悬置模态参数建模 。

环境振动试验技术的若干新进展

阐述环境振动试验面临的新情况及其发生的背景。分析环境振动实验当前存在的问题,对柔性夹具、试件动力学边界条件的工程实现、振动台模态参数识别、结构的模态转换等新进展做简要介绍。对我国环境振动试验的近期发展进行简短的展望。

基于随机激励的某机匣模态实验与分析

用模态实验的方法对某型飞机发动机机匣的模态参数进行了识别。考虑噪声对频响函数的影响,在功率谱分析时,导出了噪声影响情况下的功率谱表达式,利用这个表达式计算了频响函数并最终用来提取模态参数。引入预实验方法用于机匣模态参数的探测中,以确定机匣上各个测点和激振器激振点的合理布置。考虑到实际工作时的激励情况,在实验台上用白噪声随机激励来模拟环境激励,对机匣进行了模态实验。与计算模态相比,用实验模态方法提取模态参数,避免了复杂的有限元建模与仿真,并能用相干函数来检验测得的实验数据的有效性。实验模态分析表明,得到的模态参数对于进一步改进机匣设计、分析其振动、疲劳寿命特性等具有重要的意义。

航天器子结构模态综合法研究现状及进展

现代航天器结构十分复杂,无论采用计算方法还是试验方法进行分析都是十分艰难的。在这样的研制背景下,子结构模态综合法应运而生。系统地回顾和总结了三大类子结构模态综合法的发展历程和相应的改进,介绍了该方法在航天工程上的应用。采用该方法可极大地提高航天器型号的研制效率。提出了子结构模态综合法面临的问题。

实验模态分析技术应用于桥梁损伤检测

实验模态分析技术应用于桥梁损伤检测是有效可行的方法。本文论述了实验模态分析技术的基本理论 。

基于修正Craig-Bampton方法的轮胎动态子结构模型

以轮胎模态试验获取的模态参数和参数化轮胎有限元模型为基础,通过优化方法使有限元模型的计算模态参数与试验模态参数一致,获得动力学等效的轮胎模型,将该模型视作连接车辆与地面的子结构,基于修正的Craig-Bampton方法和轮胎接地界面特性,得到轮胎子结构的主模态集和约束模态集,使用模态综合方法实现轮胎子结构模型与车辆多体动力学模型的耦合,此模型可广泛应用于车辆平顺性仿真和整车动态优化设计。

环境激励下结构模态参数识别的改进ITD法

结合随机子空间法(SSI)提出了环境激励下结构模态参数识别的改进ITD法。随机子空间法的识别精度高,其中数据的协方差计算可以保留原始数据中的所有信息,同时去除了噪声,得到的Toeplitz矩阵中的数据可以作为ITD法的输入数据,这样ITD法不再需要采用随机减量法或者自然激励技术(NExT法)进行前处理,从而避免了这两种前处理方法的不准确性带来的误差。通过环境振动下四层钢框架模型试验的位移响应,对提出的改进ITD法进行了验证。与ITD法相比,改进的ITD法明显提高了对频率和阻尼比等结构模态参数的识别精度,表明改进ITD法可应用于结构的模态参数识别;与SSI法相比,改进ITD法精度没有降低,同时缩短了计算时间,这将为该方法应用到结构的实时监测提供了可能。

元结构方法的理论建模和验证

元结构方法在结构分析中得到了很多应用,但是很少文献对其理论建模做研究。使用集中参数法对元结构及其复制成的整体进行分析,推导两者间振动频率的关系,从而建立元结构方法的理论模型。理论模型中,不考虑弹簧质量的模型称为简单模型,误差较大;使用瑞利法考虑弹簧质量所建的瑞利模型,误差比简单模型小。使用元结构方法的理论模型,在已知元结构振动频率和整体结构尺寸的情况下,能够完成整体振动频率的计算和设计。在第一个仿真算例中,验证了瑞利模型的误差(5.7%)小于简单模型的误差(15.6%)。在第二个仿真算例中,使用元结构方法指导了机床床身的设计。在试验算例中,使用元结构方法对一个铸件振动频率做出计算和设计。三个算例证明,元结构方法可以减小有限元仿真的建模工作量,可以减小样机的试制成本,是一种由局部特性推导整体特性的有效方法。

二维晃动自然频率与阻尼比系数的试验识别

液体的晃动模态(自然频率、振型与阻尼比系数)是贮液结构设计以及振动控制的重要参数。在液体晃动的模态试验中,需要激发液面的模态运动,但液面的对称模态运动一般较难激发出来,使得对称模态参数(特别是阻尼比系数)难以精确识别。采用参数激振的方法对矩形、U形和圆形截面容器进行竖向激振,容易激发出液体表面的前四阶模态(包括对称模态)运动,撤除激励后液体表面按某一特定的振型作自由衰减振动,通过激光测量液体表面波高的自由衰减曲线,从而精确得到液体晃动的自然频率与对应的阻尼比系数,测得晃动频率与理论频率结果吻合良好,表明该试验识别方法有效。

轮胎动态模型的阻尼和对滚动阻力及动态响应影响的分析

在综合了一些文献研究结果的基础上,基于轮胎模态参数模型,给出了不同阻尼环节对滚动阻力及轮胎以不同速度滚越障碍物的动态响应的模拟结果,并部分地与试验结果进行对比,说明具有结构阻尼环节的轮胎模型,对于两者的模拟均给出了更好的定量结果。

利用模态参数对轮胎纯侧偏特性建模

在轮胎静垂直特性建模的基础上,探讨了利用轮胎模态参数对轮胎纯侧偏特性的建模。通过侧向激振试验提取了轮胎的侧向模态参数并计算了轮胎在不同载荷下的偏离特性,计算结果与以往轮胎的试验结果具有很好的一致性。计算结果转化为无量纲形式并与经验模型进行了比较。建模和计算结果充分说明了模型的合理性并显示了建模方法的优越性。

弹性地基板模态试验及地基动参数识别

用脉冲锤击法进行了弹性地基上自由板的自由振动模态试验,并用Me scope软件分析传递函数,得到了7阶位移模态和应变模态。在此基础上,对试验结果进行了初步的分析并总结了弹性地基板振动测试的场地经验。对用优质LR12-2元建立的厚板ADS1元进行了Vlasov地基上矩形板的有限元分析,同时对Vlasov地基上板的振型进行了分析,利用刚体模态进行了Winkler地基参数识别,并利用2阶频率,根据模态振型匹配的原则进行双参数地基参数的识别。结果表明:该有限元分析程序具有较强的通用性,地基板的振型呈模态密集区的形式。

基于响应面优化的结构有限元模型修正

针对结构有限元分析中模型精度低的问题,提出了响应面优化的模型修正方法.利用优化拉丁方试验设计样本点,F值检验筛选出修正参数构造不完全4阶多项式响应面并检验响应面有效性.引入遗传算法以响应面计算值与试验值的残差为目标来优化修正参数,将修正值代入初始模型中得到修正模型.三自由度系统数值算例,验证了模型中参数准确、参数不存在和参数有误差3种工况下,响应面优化方法的模型修正能力.以GARTEUR飞机模型为对象,筛选显著性参数进行模型修正,结果表明修正后模型不但在修正频段和预测频段具有良好的复现和预测能力,还能预测结构局部修改后的频率,证实了经过参数筛选后响应面优化的模型修正有效性.

基于灵敏度及层次分析法的键合头多目标结构优化

为满足保证键合头动态特性、避免共振条件下达到结构轻量化设计要求,提出基于灵敏度计算参数优选及基于层次分析法最优解提取相结合的多目标优化设计方法。通过有限元仿真计算与模态实验结合研究键合头动态特性验证有限元模型精度。针对拾取臂部件设计参数进行灵敏度分析并提取优化设计变量。用多目标遗传优化算法对拾取臂以一阶固有频率、结构质量为目标优化计算,用层次分析法优选出最佳优化方案。结果表明,优化后拾取臂一阶固有频率提高27.1%,结构质量减轻8.9%,且键合头已避开共振频段达到设计要求。该研究方法具有较高的精度及应用价值。

深松铲的模态试验研究

目的为了研究深松铲在实际工作状态下的振动特性,设计合理的深松铲结构.方法采用模态试验,对深松铲进行单点激励、多点拾振,测量深松铲的频响函数曲线.用信号分析软件进行深松铲的模态参数识别.结果模态试验表明深松铲柱的中部动刚度较小,属刚度薄弱区.结论根据模态试验的结果,对深松铲结构进行了改进设计,加强了铲柱与机架的连接,使得改进后的深松铲前五阶模态频率平均增大了62.6%,阻尼比平均减小了13.8%,解决了深松作业时深松铲刚度不足的问题.

基于模态分析的定子各向异性材料参数矫正方法

准确计算电机定子的模态振型和固有频率是降低电机噪声和振动的基础,目前,学者对于定子铁芯和绕组材料属性参数设置存在争议。对一台2.2 kW永磁无刷直流电机定子系统进行模态仿真分析和试验测试。首先,赋予定子铁芯和绕组各项异性材料,通过有限元软件分析电机模态频率与各项异性材料参数之间的关系,根据模态频率变化规律,提出一种基于模态频率的各项异性材料参数矫正方法,该方法可完成定子的有限元模型参数矫正。其次,采用锤击法进行模态试验,验证有限元模型的准确性,确定该等效材料参数矫正方法的有效性,并且通过此方法可以快速确定定子各项异性材料参数,本次试验与仿真的误差均在3%以内,达到试验与仿真对标的目的。

卫星动力学虚拟试验的几个关键技术

文章阐述了卫星动力学虚拟试验的必要性,并就 SEA 模型修正技术、振动台激励下卫星的建模技术和模态综合技术做理论上的分析,为虚拟试验研究提供理论依据。

EMA与OMA模态参数辨识统一性方法

现代模态测试的对象正从系统部件转向整体结构,系统的动力学特征正变得越来越复杂,表现在结构组件众多导致系统模态密集化、局部化;在实际的工程结构中,甚至无法对大型结构施加有效的激励或激励的成本很高,使得EMA方法不能进行,只能使用OMA方法。在系统动力学特征越加复杂与参数辨识难度增加的同时,对参数辨识的要求越来越高;对算法的模态辨识能力要求越来越高;EMA与OMA都面临着整体频段的拟合困难、模型阶次与模态参数选择困难以及测点数的迅速增大带来的计算量剧增等困难;并且,EMA与OMA之间还存在着辨识方法不能统一的问题;简要回顾了VF算法原理,并进一步将VF算法拓展到OMA问题中,将频域内的EMA与OMA建立一个统一辨识流程,实现了整个频段上的整体拟合;简化了模态参数辨识流程,减少人工介入工以及由于频段划分不当造成的识别质量的下降。利用公开数据进一步验证了EMA问题中,VF算法在低信噪比和大规模曲线数目时的辨识效果,以及在OMA问题中的良好适用性。