Dynamics Modeling and Numerical Analysis of Rotor with Elastic Support/Dry Friction Dampers

The elastic support/dry friction damper is a type of damper which is used for active vibration control in a rotor system.To establish the analytical model of this type of damper,a two-dimensional friction model-ball/plate model was proposed.By using this ball/plate model,a dynamics model of rotor with elastic support/dry friction dampers was established and experimentally verified.Moreover,the damping performance of the elastic support/dry friction damper was studied numerically with respect to some variable parameters.The numerical study shows that the damping performance of the elastic support/dry friction damper is closely related to the stiffness distribution of the rotor-support system,the damper location,the pressing force between the moving and stationary disk,the friction coefficient,the tangential contact stiffness of the contact interface,and the stiffness of the stationary disk.In general,the damper should be located on an elastic support which has a large vibration amplitude in order to achieve a better damping performance,and the more vibration energy in this elastic support concentrates,the better performance of the damper will be.The larger the tangential contact stiffness of the contact interface,and the stiffness of the stationary disk are,the better performance of the damper will be.There will be an optimal value of the friction force at which the damper performs best.

一种正压力随时间变化的微滑移干摩擦模型

在Csaba摩擦模型的基础上发展了一种能够考虑接触面摩擦运动过程中正压力随时间变化的微滑移干摩擦模型。模型将局部微滑移运动与整体宏滑移运动进行了结合,采用在每个时间迭代上逐步分析判断摩擦微元运动状态的方法来描述摩擦运动过程中的黏滞、局部微动滑移、整体宏滑移以及分离状态,能够克服Csaba摩擦模型只能描述局部微滑移摩擦力、并且正压力分布不变的不足。对单谐波和多谐波外力作用下无分离状态及存在分离状态的干摩擦力进行了模拟。计算了凸肩阻尼结构模拟叶片在复杂激励下的非线性振动响应,研究了系统参数对干摩擦阻尼减振效果的影响,为工程中研究具有干摩擦阻尼结构叶片的接触面摩擦力提供了理论依据。

用改进的摩擦模型计算带阻尼结构叶片的响应

提出了一种改进的Ｏｄｅｎ摩擦模型，用于模化非线性干摩擦阻尼，并给出了叶片系统的运动微分方程．用该模型计算了一个５片成组叶片系统的振动响应，研究了阻尼联接件在叶片的不同高度位置上以及不同的激振力和正压力数值对阻尼叶片振动特性的影响，得出了一些有参考价值的结论．

含间隙和干摩擦的连杆机构系统动力学研究

各种连杆机构铰链处存在的非线性因素对机构运行的稳定性产生巨大的危害,因此考虑间隙和干摩擦非线性因素同时存在对机构系统动力学性能的影响是进一步改善机构运行性能的重要基础。以四杆机构为例,对于连杆两端铰链处存在的间隙和干摩擦因素,采用开关键合图分别对其建立各自的向量键合图模型;在此基础上,建立间隙和干摩擦同时存在的铰链单元的非因果键合图模型,将其以整体模块形式嵌入四杆机构的向量键合图模型中,得到整体四杆机构混合键合图模型,由混合键合图模型最终建立机构的动力学方程;基于Matlab软件对所建模型进行数值仿真研究,得出非线性因素对连杆动力学性能的影响,对于控制连杆机构的运行精度和稳定性具有指导意义。

基于几种常用干摩擦模型的定量比较分析

干摩擦模型常用于水平振动输送机的动力学分析中,不同的摩擦模型会有不同的分析结果。针对干摩擦模型的选择问题,对三种经常在研究中使用的模型,即库伦模型、Stribeck模型和Lu Gre模型进行了定量的比较分析。建立了仿真和实验的单自由度自由振动模型,得到实验曲线和各摩擦模型仿真曲线,通过计算实验曲线和仿真曲线之间所夹面积和欧氏距离的方法,比较三种模型相对实验数据的贴合程度,结果表明,Lu Gre模型的贴合程度最好,为水平振动输送机动力学研究中选择Lu Gre模型,提供了理论依据。

钢板弹簧动态力建模

为在汽车动态仿真中建立精确的板簧悬架模型,进行了钢板弹簧的变形-动态力试验,分析加载频率及幅值对动态力的影响。将钢板弹簧动态力分解为静态弹力及动态干摩擦力,由此建立基于力控阻尼器干摩擦的一般钢板弹簧动态力模型。通过处理动态加载钢板弹簧动态力试验数据,对比分析本文模型与HSRI模型的表达精度。研究一般模型中动态参数与变形历程的关系,提出汽车动态仿真用钢板弹簧动态力模型并辨识了模型参数。研究表明:本文模型可精确描述钢板弹簧动态力特性,独立表达的钢板弹簧干摩擦模型也可方便地用于整车多体建模。

钢球检测用展开轮表面微结构增摩降磨特性分析

针对钢球缺陷检测过程中,镜面钢球打滑引起的滑动摩擦导致展开轮磨损这一问题,以实现展开轮增摩降磨为目标,提出将微结构应用于钢球展开轮表面的方法.首先,应用激光微造型技术在T10A试件表面加工不同特征参数凹坑微结构,采用单因素法在MMW-1立式万能磨擦试验机上进行点接触干滑动摩擦试验;在综合考虑局部激光硬化和几何参数对磨损性能影响的基础上,结合试验数据建立基于Archard理论的微结构磨损模型;最后通过仿真技术及磨损试验验证磨损模型的正确性,进而对微结构特征参数进行优选.结果表明:在点接触干滑动摩擦工况下,提出的三种微结构表面均可以实现增摩降磨;建立的磨损模型能准确地计算磨损系数用以分析实际工况的磨损特性;优选了凹坑面积在S_2~S_4范围内的菱形微结构.提出的方法为钢球表面缺陷检测设备提供了技术支持,所建的磨损模型为干摩擦状态下凹坑微结构表面磨损程度的预测提供了理论参考.

摩擦阻尼减振设计中的局部滑动问题

采用干摩擦阻尼器可以有效抑制系统的振动。在摩擦阻尼减振分析中引入局部滑动模型可以更好地描述摩擦阻尼抑制振动的机理。采用局部滑动模型,建立了阻尼器在局部滑动阶段阻尼力与振动位移之间的关系,按照能量等效原则,将阻尼器的刚度、阻尼进行等效并引入振动系统中,发展了带摩擦阻尼系统的振动响应分析方法。通过对带摩擦阻尼器平板叶片的振动响应分析,结果表明:阻尼器在局部滑动阶段,对系统振动的抑制有明显的效果,并且适当施加正压力能使系统在共振状态下的响应达到最小。

双面约束多点摩擦多体系统的建模和数值方法

提出了一种建立具有固定双面约束多点摩擦的多体系统动力学方程的方法.用笛卡尔坐标阵描述系统的位形,根据局部方法的递推关系建立系统的约束方程,应用第一类Lagrange方程建立该系统的动力学方程,使得具有摩擦的约束面的法向力与Lagrange乘子一一对应,便于摩擦力的分析与计算,并用矩阵形式给出了摩擦力的广义力的一般表达式.应用增广法将微分-代数方程组转化为常微分方程组,并用分块矩阵的形式给出,以便于方程的编程与计算.给出了一种改进的试算法,可提高计算效率.最后给出了一个算例,应用试算法和RK法对算例进行了数值仿真.

时频域交互法在微滑移干摩擦阻尼叶片振动分析中的应用

为准确揭示叶片阻尼系统的动力学特征,首次引入融合时域法(描述非线性力的准确性)和频域法(求解线性系统的高效性)为一体的时频域交互法,对基于微滑移摩擦模型的凸肩阻尼结构叶片系统进行了动力响应分析,并与时域法、频域法的计算结果做了比较.计算结果显示:在一定的参数条件下,时频域交互法的计算时间与一阶谐波平衡法相近,仅相当于四阶Runge-kutta法的1/10,相对误差值却不到一阶谐波平衡法的1/2,且保持稳定.研究表明:时频域交互法对于计算微滑移干摩擦阻尼叶片振动响应具有可用性,该方法克服了一阶谐波平衡法无法将微滑移模型的准确性体现在动力学分析中的不足,而且计算效率高.

微滑移离散模型及在干摩擦阻尼叶片振动分析中的应用

建立了阻尼器干摩擦力微动滑移离散模型,该模型可以较好地描述摩擦界面粘滞-滑移共存状态和阻尼器因局部拉、压应变不同而产生的局部摩擦力方向的不同,适用于各种激振作用下的阻尼器动力学分析,克服了微动滑移解析模型仅适用于单谐波作用力的局限。采用时域法对简化的凸肩干摩擦阻尼结构叶片系统进行了强迫振动响应分析,验证了微动滑移离散模型在阻尼叶片动力学分析中的可用性。

干摩擦双层梁的工作模态实验方法

采用模态实验方法,针对具有干摩擦的双层梁结构,基于LMS Test.lab 9A软件及采集仪,研究出一种有效的工作模态实验方法。将模型安置振动台上,在独立的垂向和横向随机激励工况下,分别拾取模型的响应信号,采用Polymax方法识别两种工况的模态参数,获得系统模态参数。同时分析了参考方向、采样时间、采样点数等参数对实验方法的影响规律。实验结果表明:参考方向应与激励方向保持一致,采样时间应足够长,识取的系统模态参数与采用锤击法模态实验得到的结果具有一致性。

金属橡胶干摩擦阻尼系统动态性能分析方法的研究

以干摩擦阻尼系统动态性能表征方法的前期研究成果为基础,针对金属橡胶构件的非线性力学性能,分析了金属橡胶构件的干摩擦阻尼的成固,对金属橡胶于摩擦隔振系统的运动微分方程的建立与求解进行了探讨,将方程的数值解与试验结果进行了对比。结果表明,在建立金属橡胶干摩擦阻尼系统的运动微分方程时,可以直接采用非线性恢复力,而不采用当量粘性阻尼项。试验结果表明该方法具有足够的精度。

基于微动滑移模型的叶片阻尼结构参数研究

基于单边微动滑移的干摩擦阻尼模型,采用Timoshenko梁单元模化叶片,建立了带干摩擦阻尼结构叶片的动力学方程．针对该微分方程的非线性特点,采用一阶谐波平衡法,进行了动力响应的计算分析．研究了阻尼器的正压力、位置、截面拉伸刚度,以及激振力的位置和大小等阻尼结构参数对叶片系统响应的影响．研究结果表明:阻尼器的正压力和截面拉伸刚度存在一个最优值,使系统响应最小;阻尼器的位置对共振频率有较大的影响;激振力的大小和位置同样影响系统的动力特性．研究结果为叶片的最佳阻尼结构设计提供理论依据．

平面磨削加工表面静摩擦系数与表面粗糙度关系的计算模型

静、动摩擦系数之间的差值对于超精密机床低速不稳定运动时的爬行临界速度影响显著,本文通过分析平面磨削加工表面形成的摩擦副之间的实际接触情况,根据F lorida模型得出静摩擦系数与表面粗糙度关系的计算模型。

基于微滑移解析模型的干摩擦阻尼叶片稳态响应分析

基于单边微滑移解析模型,建立了阻尼器干摩擦力的本构关系,该模型可以较好地描述摩擦界面粘滞-滑移状态以及在同一时刻阻尼器各局部拉、压应变不同而产生的摩擦力方向的不同。采用等效刚度和等效阻尼对干摩擦力的非线性特征进行了线性化处理。引入干摩擦阻尼因子度量干摩擦阻尼效果。采用谐波平衡法对简化的带阻尼器叶片系统进行了强迫振动响应分析。分析表明:干摩擦阻尼器对叶片的作用体现在阻尼和刚度两个方面,干摩擦阻尼因子是评价干摩擦阻尼效果的一个较好的参数;存在最佳的正压力,使干摩擦阻尼因子最大,响应最小。

金属橡胶材料迟滞特性力学模型研究

受成型与制备工艺参数影响,金属橡胶有记忆型恢复力模型数学表达式复杂,特别是在对非线性迟滞特性参数进行识别时存在困难。根据金属橡胶微元体理论,研究干摩擦力对迟滞特性力学模型的影响。应用材料细观结构特征构造金属丝微元体力学模型,描述了金属丝滑移接触过程中干摩擦产生机理,结合金属橡胶制备工艺计算处于滑移状态的微元体数目,建立金属橡胶干摩擦阻尼力数学表达式。利用静态激励试验系统进行试验研究,并结合MATLAB软件对该理论模型进行参数识别。通过理论与试验结果对比,验证了模型的正确性。结果表明:含干摩擦分量的有记忆恢复力模型适用性强,表达式简单,特别是在参数识别时具有较好的精度。

基于总成特性的转向系统模型开发

建立了一个基于转向系统总成特性的实时动力学模型,由于该模型基于阿克曼转向机构的角位移传递比、扭矩传递比、机构柔性等特性,不需要过多的硬点位置参数,因此,适用于汽车预开发阶段的建模。模型中考虑了转向系统关键部件的动力学自由度,能够反映其瞬态变化过程。将其嵌入到14自由度整车模型的仿真代码中,进行某A级车操纵稳定性工况的仿真,并将仿真结果与场地试验数据进行对比,验证了模型的有效性。

Coulomb干摩擦模型与LuGre摩擦模型的分析与比较

分析比较Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型的特点。Coulomb干摩擦模型形式简单,能较好地反映stick-slip运动状态的切换,但不能反映对系统动态响应有直接影响的不同的摩擦现象,且其不连续性也给数值仿真带来了困难。LuGre摩擦模型能捕捉滑动速度变化时摩擦力的变化,使其适用于stick-slip运动的研究,然而其参数的确定十分困难,且在数值计算时需要取较小的步长才能进行求解,计算效率较低。分别应用这两种模型仿真分析含摩擦滑移铰平面刚体的stick-slip现象,通过具体算例对数值方法进行说明,并给出了结论。

简谐激励下一类干摩擦振子的响应计算

本文提出了计算简谐激励下一类干摩擦振子系统响应的解析方法,振子系统的摩擦力用含有限个Jenkins单元的Iwan模型描述。针对力-位移之间的分段线性关系,对振子运动逐段进行分析,并给出了各阶段内的系统的振动方程,最后通过变量代换,获得了方程的解析解.由于每个阶段解的初值均由位移和速度的连续性条件得到,因此顺次求得各线性阶段中响应便获得了整个时域上的响应.仿真结果表明,随着外激励量级的递增,接触面出现滑移,使得接触刚度减小,因而系统幅频曲线峰值明显左移;另一方面,系统的等效粘性阻尼会随着激励量级的递增而先增大后减小.