Dynamic modeling of ultra-precision fly cutting machine tool and the effect of ambient vibration on its tool tip response

The dynamic performances of an ultra-precision fly cutting machine tool(UFCMT)has a dramatic impact on the quality of ultra-precision machining.In this study,the dynamic model of an UFCMT was established based on the transfer matrix method for multibody systems.In particular,the large-span scale flow field mesh model was created;and the variation in linear and angular stiffness of journal and thrust bearings with respect to film thickness was investigated by adopting the dynamic mesh technique.The dynamic model was proven to be valid by comparing the dynamic characteristics of the machine tool obtained by numerical simulation with the experimental results.In addition,the power spectrum density estimation method was adopted to simulate the statistical ambient vibration excitation by processing the ambient vibration signal measured over a long period of time.Applying it to the dynamic model,the dynamic response of the tool tip under ambient vibration was investigated.The results elucidated that the tool tip response was significantly affected by ambient vibration,and the isolation foundation had a good effect on vibration isolation.

面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

基于TMD的大跨度斜拉桥风致随机振动控制研究

本文开展基于TMD的大跨度桥梁风致随机振动控制研究.建立了随机风荷载作用下桥梁—TMD系统随机振动响应分析的虚拟激励分析程序.提出了随机振动响应控制的TMD参数优化方法.以西固黄河大桥为背景,开展了实际桥梁的风致振动控制分析.结果表明:基于本文方法TMD参数优化后振动控制效率可提高近9倍,横向随机位移响应的控制效率可达到28.83%,横向随机加速度响应的控制效率可达到28.8%.

武汉某超高层建筑对台湾花莲6.9级地震的结构响应分析

为研究2022年台湾花莲6.9级地震对武汉市某超高层建筑结构的影响,初步分析了该建筑结构4个加速度测点记录的各向PGA放大效应、傅立叶谱及反应谱,分别利用互功率谱法和基于协方差的随机子空间法分别识别结构在频域和时域上的一阶模态。结果表明:结构的峰值加速度随楼层的增高而有显著的放大效应,最大放大倍数达7.322倍;各向傅立叶谱峰值均集中在0.275 Hz和1.171 Hz;加速度响应反应谱远小于该地区Ⅵ度设防地震设计谱;两种方法识别的结构一阶模态频率基本一致,均接近数值分析值。台湾花莲6.9级地震没有对该高层建筑结构造成损伤。

不同场地下大跨斜拉桥多维多点随机地震响应分析

为了研究不同场地下大跨斜拉桥随机地震响应,该文采用场地传递函数评估不同场地条件对地震动传播的影响,综合考虑行波效应及相干效应,生成了不同场地条件的多点功率谱,运用绝对位移求解的虚拟激励法对斜拉桥在不同场地下的一致激励及多点多维的地震响应进行对比分析。选取一大跨斜拉桥作为工程实例,采用Ansys有限元软件进行随机地震响应分析;考虑场地条件对地震功率谱的影响,计算桥梁结构在不同激励方式下的随机响应,提取桥梁各单元响应的功率谱,并计算功率谱响应的均方根极值。研究结果表明:软土场地对桥梁随机响应的放大效应约为硬土场地的3倍;多点激励对桥梁随机响应的放大影响约为一致激励的1.5倍。因此,场地效应对大跨斜拉桥梁的随机地震响应影响极大,在抗震设计时不能忽略其影响。

基础隔震耗能结构基于Kanai-Tajimi谱的随机响应简明解法研究

针对在Kanai-Tajimi谱激励下设置广义Maxwell阻尼器的多自由度基础隔震耗能结构进行响应分析比较复杂的问题,提出一种求解响应的简明解法。首先,联立广义Maxwell阻尼器本构方程与原结构运动方程,重构结构运动方程;其次,利用复模态法将运动方程解耦获得了系列响应的特征值以及复模态参与系数,进而获得结构系列响应的统一表达式;最后,计算激励功率谱与响应功率谱的二次正交式,获得了结构响应0~2阶谱矩及方差的简明解析解。算例计算了一多自由度结构响应的方差及0~2阶谱矩,将计算结果与虚拟激励法进行比较,证明本文所提方法的正确性,同时具有更高的计算效率。

基于不同计算方法的核电站起重机抗震分析研究

文中研究内容紧贴工程实际需求,针对目前国内外对核电起重机抗震分析采用的等效静力法、反应谱分析、考虑缺失质量模态残余刚性响应的反应谱分析、时程分析等不同分析方法,结合各类核电起重机产品研发项目进行深入研究;确定各种抗震计算方法的特点及适用条件,针对不同核电厂家提出的各种技术要求及计算条件,快速选择适宜的抗震计算方法进行分析,缩短研发周期,降低目标成本,满足新一代核电设备开发要求,适应客户及市场需求。

相邻结构间设置黏弹性阻尼器的风荷载响应分析

在两相邻结构间设置黏弹性阻尼器能够有效降低结构在风荷载下的动力响应。选取广义Maxwell模型为黏弹性阻尼器计算模型,提出了一种相邻结构间设置黏弹性阻尼器的耗能减振结构风振响应的解析解法。首先,根据广义Maxwell黏弹性阻尼器构造图推导出微分型本构关系,并将其与两相邻结构的运动方程组进行耦合;其次,运用复模态法将相邻结构的响应(位移、速度、层间位移和层间速度)表示为一阶线性方程组合,并基于虚拟激励法获得上述响应的统一形式的频域解;然后,基于频响函数二次分解法,获得了基于Davenport的风速谱,并考虑空间相关性结构响应方差的解析解;最后,通过算例与虚拟激励法计算结果对比验证了所提方法的正确性,并分析了阻尼器在相邻结构风振控制中的减振效果。

考虑振型刚性反应的核岛厂房抗震分析

核岛厂房通常采用振型分解反应谱法进行抗震分析,由于采用厚墙、厚板组成的钢筋混凝土结构,相比普通的工业与民用建筑结构刚度大,若采用《建筑抗震设计规范》(GB 50011)推荐的CQC或SRSS振型组合方法,往往会低估其地震作用效应。本文结合美国核管会2006年发布的管理导则RG1.92-R2提出的改进地震响应分析中模态组合考虑振型刚性反应分量的方法,从理论上分析了考虑振型刚性反应分量与否的计算结果差异。并通过对计算结果的比较分析,验证了核岛厂房抗震分析中采用该方法的重要性和必要性。

考虑残余刚性反应的核岛厂房地震楼层反应谱分析

核岛厂房通常采用厚墙、厚板的钢筋混凝土结构,相比较柔的民用结构,存在自振频率大于刚性反应频率f_(ZPA)的重要振型。采用模态叠加时程分析法计算地震楼层反应谱时,没必要也不可能包含结构的所有模态,这就不可避免忽略了高阶振型对应的贡献(残余刚性反应)。本文基于结构振型参与系数的性质,结合美国核管会(NRC)2006年发布的导则RG1.92-R2,介绍了核岛厂房地震楼层反应谱分析中考虑残余刚性反应的丢失质量法。并以实例形式分析了残余刚性反应对核岛厂房地震楼层反应谱的影响,验证了在核岛厂房地震楼层反应谱计算中考虑丢失质量产生的残余刚性反应的必要性。

开沟机作业功耗的正交试验分析及其优化设计

为了研究各种因素作用对开沟机作业功耗的影响规律,并实现对开沟机作业功耗的优化设计,根据传统经验和已有研究结果,对影响开沟作业功耗的主要因素——开沟深度、前进速度和土壤坚实度进行设计并实施了正交试验,再根据试验结果进行了影响作用的极差分析和方差分析,得出各个因素影响的主次顺序依次为:开沟深度>土壤坚实度>前进速度,根据正交试验结果,采用二阶响应面法建立了开沟机作业功耗的优化模型,并将实测试验数据代入到模型中,从而在试验中加以计算验证.试验结果表明:功耗响应面模型的计算值与试验值的误差在10%以内,这说明建立的功耗优化模型具有较高的工程实用性,可为开沟机产品设计人员选择节省功耗的参数组合和操作人员选择功耗匹配的拖拉机提供理论依据.

二次正交旋转组合设计优化人工诱导翘嘴鲌雌核发育

采用紫外线照射鲤鱼(Cyprinus carpio)精子使其遗传物质失活,并用冷休克方法抑制翘嘴鲌(Culter alburnus)卵第二极体的排出,诱导出翘嘴鲌雌核发育二倍体。运用3因素5水平二次正交旋转组合设计方法,分别建立冷休克起始时间(x_1)、处理时间(x_2)和处理温度(x_3)3个因素与翘嘴鲌雌核发育率(y_1)和孵化率(y_2)两个指标之间的二次回归模型,探究翘嘴鲌减数分裂雌核发育的最优诱导条件组合。并采用响应面分析法(RSM),讨论各因素水平的单因素效应、互作效应对响应值的影响。结果表明,受精后6 min进行冷休克,处理时间为18 min,休克温度为7℃时,雌核发育率达最大(18.60%);受精后6 min进行冷休克,处理时间为23 min,休克温度为5℃时,孵化率达最大(33.00%)。各因素对响应值的影响均是呈开口向下的抛物面关系。根据因素贡献率得到,起始时间对翘嘴鲌雌核发育影响极显著,冷休克处理温度次之,而冷休克处理时间的影响最小。

基于水工标准反应谱的人工地震动合成及其校正

给出了进行水工建筑物抗震设计时,根据水工标准反应谱合成人工地震波及修正方法,为了消除人工波中残余长周期分量的影响,通过利用最小二乘法拟合原始加速度均值,利用加速度均值对人工地震动加速度进行校正,纠正了位移时程的漂移.

基于工艺参数响应曲面的干式铣削机床能效分析

针对干式切削加工能耗相对较高的问题,通过对数控铣床干切削加工过程的实时功率进行数据采集,采用响应曲面方法描述和分析了数控铣削加工各主要工艺参数与单位切削能耗和机床能效之间的定量关系。通过工艺参数对单位切削能耗和单位机床能耗的响应曲面及降维平面进行了分析,结果表明,增大工艺参数和材料去除率对于提升机床能效具有积极作用。此外,降低机床基础能耗占比、提高切削能耗占比,能有效提高干式切削机床能效。

POD法在定日镜风振响应计算中的应用

定日镜结构风振响应中有多个振型参与,利用完全二次型组合法(CQC)可以考虑各振型间的耦合作用,得到精确结果,但计算量很大,因此提出将随机风场本征正交分解(POD)技术运用到定日镜结构响应计算中。首先给出了POD法原理,讨论了如何将POD法与CQC法结合进行结构脉动响应的频域分析;然后利用POD法分解风洞试验中多通道电子式压力扫描阀系统同步采集到的定日镜表面风压时程,分析了其本征向量的分布特点,以及各阶模态的贡献情况;最后计算出定日镜风致位移响应的均方根,并且对比采用不同阶数模态缩减得到均方根响应的误差。结果表明将POD法引入到风振响应分析中可以大大减少计算工作量并且能保证足够的精度。

面向设计应用的地震动空间相干函数模型

本文对现有的常用地震动空间相干模型进行了总结,提出了一个新的面向工程抗震设计应用的形式统一的地震动空间相干函数模型,在此基础上推导出了多点地震反应谱和功率谱计算所需要的振型组合系数的解析表达式,避免了耗费时间的数值积分运算。本文模型与计算方法使多点地震激励下结构响应的计算时间减低至积分方法的1/20以下,使多点地震反应谱方法和多点地震功率谱方法在计算时间方面实用化。

成层场地由基岩反应谱直接计算地表反应谱的等效线性化方法

以太平洋地震工程中心NGA强震数据库为基础,同时收集并分析处理了2008年汶川地震和2011年日本太平洋冲地震的强震记录。通过对近4000个水平地震记录的分析,获得了水平地震动峰值速度(PGV)与阻尼比5%的最大拟速度谱值的简便统计关系式,并与已有研究进行对比验证了该公式的适用性。为了将该公式应用到场地地震反应分析中,用该关系式对近场强震记录进行了回归分析并验证了其适用性。对于水平成层场地,利用笔者提出的PGV与最大拟速度谱的关系式以及速度与应变的近似关系,可由该层的反应谱计算其等效应变,从而可按照等效线性化方法的原理求得传递函数。以加速度反应谱与功率谱密度函数之间的相互转换关系为基础,以功率谱为载体,假定输入地震动为平稳随机过程,根据随机振动理论可由传递函数和输入功率谱算得各层的反应谱。对实际工程场地和竖向钻孔场地的分析表明,该方法有较好的计算精度和适用性。

随机地震动作用下减隔震支座连续梁桥可靠度分析

为分析减隔震支座连续梁桥的可靠度,采用双过滤地震动模型模拟地震地面加速度功率谱,运用功率谱法进行减隔震支座连续梁桥的动力反应分析,得到各个减隔震支座的响应峰值统计量;以减隔震支座的相对位移作为控制指标,建立极限状态方程,依据JC法用MATLAB编程计算各减隔震支座的失效概率,并根据串联模式计算减隔震支座连续梁桥的总体失效概率。某4×25m减隔震支座连续梁桥设置板式橡胶支座和铅芯橡胶支座,采用该法进行随机地震动作用下桥梁可靠度分析。结果表明:在Ⅰ～Ⅳ类场地结构响应的变异系数只与结构本身有关;随着场地类别的逐渐不利,结构响应的离散程度越来越大;铅芯橡胶支座的抗震性能明显优于板式橡胶支座。

高地隙喷雾机操纵稳定性直接横摆力矩控制及实现方式

针对自走式高地隙喷雾机低速作业工况下操纵稳定性控制效果差的问题,提出直接横摆力矩控制的操纵稳定性控制方案.首先建立了包含Dugoff非线性轮胎模型的7自由度整车模型,设计了整车力矩控制器,它包括纵向控制和横向控制,纵向控制是根据实际车速和期望车速的误差对车轮驱动力进行PID闭环控制,横向控制主要有滑模控制器和力矩分配器两部分组成,用于弥补纵向控制对驱动力控制的不足;然后针对横向控制力矩实现方式设计了5种实现直接横摆力矩的车轮控制方案;接着以直接横摆力矩实现方案、车速和负载质量为因素设计了二次旋转正交组合试验;最后,通过响应曲面法利用Design Expert软件探究了3种因素与引入直接横摆力矩后作业车辆操纵稳定性优化指标的关系.仿真试验结果表明:整车力矩控制器能有效改善整车操纵稳定性,且以改变内侧车轮的控制方案,1.25 m·s^(-1)的作业速度和1 000 kg的负载组合下使优化指标达到55.2%.

功率谱法在隔震桥梁抗震分析中的应用研究

隔震桥梁在地震作用下一般要求墩、梁保持弹性,主要通过非线性构件隔震支座耗散地震能量,属于典型的局部非线性问题,目前主要采用反应谱法和非线性时程法进行抗震分析.对功率谱法在隔震桥梁抗震分析中的应用开展研究,通过一具体实例,建立了结构三维动力有限元计算模型,并根据设计加速度反应谱生成与其匹配的设计加速度功率谱,借助虚拟激励法实施了抗震分析,同反应谱法和非线性时程法计算结果进行了对比分析,结果表明功率谱法和反应谱法以及非线性时程法计算结果具有较好的一致性.