刚度激励对机车齿轮传动系统固有特性的影响

以机车齿轮传动系统为研究对象,建立考虑时变啮合刚度的多自由度扭转振动模型,计算机车传动齿轮的啮合刚度并进行Fourier级数变换,将变换后的啮合刚度分别取一次谐波到六次谐波,模拟得到机车传动齿轮时变啮合刚度拟合函数曲线.采用四阶变步长Runge-Kutta数值方法对机车齿轮系统振动微分方程进行求解,分析得到不同啮合刚度对机车齿轮传动系统固有特性的影响,研究表明:随着啮合刚度的增加,齿轮系统的振幅增大,同时系统低频部分的固有频率减小,高频部分的固有频率增大.     

基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析

为分析考虑二阶效应的分段刚度压杆内力及位移,根据位移控制方程,建立了变刚度压杆位移和转角方程;根据杆端位移边界条件和变刚度截面处连续条件,得到了位移系数;根据压杆内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程,变换得到了变刚度压杆刚度矩阵模型. 将本模型用于分段刚度压杆分岔失稳临界荷载计算,并与解析解、插值形函数单元模型结果进行对比与分析,验证了模型的精度和效率. 结果表明:采用插值形函数法计算压杆临界荷载时,若只划分一个单元,其计算结果与理论解的相对误差最高可达43.24%,随着划分单元数量增加,相对误差降为0.023%;采用基于直接刚度法得到的变刚度压杆单元刚度矩阵计算压杆临界荷载时,只需划分一个单元,即可保证计算结果与理论解一致,该矩阵可用于压杆的非线性分析中,得到压杆内力及位移的精确解.      

新型三维椭圆振动切削装置研究

基于螺旋理论和自由与约束拓扑理论,提出了一种新型空间三自由度柔顺机构.结合螺旋理论与有限元理论,推导出了柔顺机构的整体刚度矩阵.对机构进行了模态分析,得出了前六阶固有频率和振型.根据椭圆轨迹的形成原理,将机构运用到切削加工上,设计出一种新型三维椭圆振动切削装置,分析各种参数,绘制出了切削运动轨迹图像.     

高速高精度数控车床主轴双转子系统动力特性

利用整体传递矩阵法对机床主轴双转子耦合系统的动力特性进行了详细研究．计算结果表明，采用该法计算简单、精度高、易于编程．同时，利用有限元法有效地解决了主轴双转子耦合刚度的计算问题．     

基于某越野车型四轮转向的最优控制建模与仿真

通过建立三自由度4WS模型,采用最优控制理论求得最优控制Kalman增益。利用Matlab/Simulink软件搭建整车模型。选取不同车速工况下的角阶跃前轮大转角,对采用不同控制策略的三自由度4WS模型与理想模型进行仿真对比分析。仿真结果表明:与基于前馈控制策略的三自由度4WS模型和三自由度2WS模型相比,基于最优控制策略的三自由度4WS模型在质心侧偏角和横摆角速度上更加接近于理想模型。最优控制策略可以适用于汽车的四轮转向系统,并能改善对理想模型的跟踪能力,提高汽车的操纵稳定性和安全性。     

机车打滑时传动系统的自激扭转振动

为研究机车发生打滑时传动系统扭转振动,针对机车单轮对传动系统,考虑轮对以及电机与轮对间的扭转刚度,建立了简化的机车传动系统扭转振动方程.当轮轨间的平均蠕滑率超过临界蠕滑率时,产生了传动系统扭转振动极限环,表明传动系统产生了自激振动.对不同工况下传动系统扭转振动频率的计算结果表明,当自激振动发生时,系统的扭转振动频率与其扭转固有频率一致.因此,检测轮对的扭转振动频率可以判断车轮是否打滑.     

基于增广矩阵的机车垂向随机响应分析

为建立机车各部件的垂向动力学微分方程，计算各悬挂力的输出响应，建立了系统质量、阻尼和刚度的增广矩阵．为避免在计算系统输出谱密度时计及各个输入的互谱密度，利用机车中各轮对处输入激励之间存在着确定时延的关系，将6个轮对处的多输入激励换算成单输入激励，使系统成为单输入多输出线性系统．根据线性系统的叠加原理，通过频率响应矩阵的谱分析，得到转换后的单输入、多输出系统的频率响应函数．假设输入函数为各态历经的平稳随机过程，得出各输出响应的谱密度与频率的关系．     

移动单元法在车辆—无砟轨道—路基模型中的应用

将移动单元法理论推广到无砟轨道的动力学研究当中,建立了新的列车—无砟轨道—路基耦合系统模型.模型离散为轨道单元和车辆单元,下部离散了的轨道单元模型采用移动单元法理论求出其单元质量矩阵,阻尼矩阵和刚度矩阵,上部车辆单元离散为一节整车模型,利用有限元和Lagrange方程计算出车辆单元的质量矩阵,阻尼矩阵和刚度矩阵.该计算...     

剪切效应梁单元刚度和质量矩阵的推导及应用

从工程梁理论中的梁位移微分方程出发直接推导出考虑剪切效应的空间梁单元的刚度矩阵,并从动力荷载的虚功原理出发推导出考虑剪切效应的其质量矩阵。编制了简单的有限元程序去验证,通过计算实例分别比较考虑剪切效应和不考虑剪切效应对结构固有频率的影响,结果表明在剪切系数较大时,不考虑剪切效应会引起较大的误差。     

基于传递矩阵法的车辆振动特性分析

针对车辆系统的振动特性,建立一种柔性车体动力学模型,根据车辆结构的局部相似性,将车辆系统划分为多个子结构,利用拉普拉斯变换推演了子系统的传递矩阵,并且将其应用于整个车辆系统.应用传递矩阵比较分析了车辆系统的振动模态和简谐激励响应,结合拉普拉斯逆变换分析了轨道不平顺度引起的时域随机振动响应.结果表明,传递矩阵法分析车辆系统动态特性具有较好的精确性,车体加速度随车辆运行速度增加而增大;而且传递矩阵法有利于简化模型,减少计算量.     

基于传递矩阵法的轮对固有频率计算方法

应用传递矩阵法分析机车车辆轮对的固有频率,根据轮对的结构特点,将车轮和轴箱简化为集中质量和转动惯量,车轴简化为包含集中质量和转动惯量的变截面Timoshenko梁,建立轮对振动的传递矩阵,用Newton-Raphson方法求解频率方程,得到轮对的固有频率值。在轮对设计阶段,对其自振频率进行计算,分析其对轮对本身应力状态、机车车辆系统和轨道系统振动动态特性的影响。该方法与有限元方法计算的轮对固有频率的相对误差小于10%,具有较高的计算精度,满足工程设计的需要。     

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序，基于梁理论和势流理论，建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法. 首先通过多跨连续梁理论，得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵；然后通过势流理论，考虑了流体轴流和边界条件的影响，给出了湿模态下附加质量矩阵；最后以压水堆燃料棒为例，得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果，并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响. 研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致；燃料棒在堆芯中结构为棒束形式，且周围为高速流动流体，振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响，但由于多约束作用，流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率，而对振型基本没有影响；拉压和扭转弹簧刚度越大，燃料棒振动频率越高，增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%，附加质量系数越高，燃料棒振动频率越低，可使第1阶固有频率降低18.2%，通过优化刚度方法可得到理想的振动特性，为格架设计提供参考.      

深水桥墩地震响应研究现状与展望

分析了地震激励下水-深水桥墩动力相互作用, 总结了动水压力作用机理、地震动水压力的计算方法和水-结构动力相互作用分析方法, 研究了深水桥墩地震响应特征和影响因素以及水下振动台试验进展, 并对比了各国规范中动水压力计算方法。研究结果表明: 动水压力降低桥墩自振频率, 增大桥墩地震响应, 其影响在桥梁的抗震设计中不可忽略; 现有研究采用的桥墩形式较为简化和单一, 建议开展更多以桥墩体系、桥梁体系为对象的深水桥梁地震响应研究; 对于地震作用下动水压力计算, 目前各国规范多基于Morison方程, 但对其适用范围尚不明确, 应深入研究Morison方程的适用范围、修正方法与准确便捷的地震动水压力计算方法; 目前水下振动台试验大多集中在动水压力对桥梁下部墩桩地震响应的影响上, 响应大多在弹性范围内, 应进一步研究在大震作用下深水桥墩的非线性响应与破坏模式; 目前针对深水桥墩在地震和波浪联合作用下的动力响应研究较少, 应深入研究在地震、波浪、海流联合作用下深水桥墩与水的相互作用机理; 目前缺乏对全桥结构的地震响应研究, 应开展深水桥梁全桥分析与多子台水下振动台试验。      

车下弹性吊挂设备悬挂刚度选取方法

以车体低阶弹性振动、刚体振动和设备有源振动为输入, 提出了一种能够快速、简便确定弹性设备悬挂刚度的方法;在充分考虑吊挂设备各个方向上可能出现耦合振动、设备安装间隙、允许最大振动位移等因素的前提下, 推导了任意悬挂方式吊挂设备的刚体振动频率计算公式;给出了车下弹性吊挂设备悬挂刚度的选取方法与分析流程;以某动车组为例, 建立了车体与动力包的耦合振动分析模型, 计算得到了动力包的点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率和三向悬挂刚度的取值范围, 并对比了动力包悬挂刚度理论计算结果与有限元结果。研究结果表明:在已知车体或吊挂设备基本参数的前提下, 采用提出的方法无需通过复杂的动力学建模分析即可计算出其点头、摇头、浮沉、侧滚等刚体振动频率, 与有限元计算结果相比, 刚体振动频率的最大相对误差为6.88%;计算所得动力包刚体振动频率与车体对应振动频率的比值均有效避开了耦合区间[0.750, 1.414], 因此, 采用提出的方法可快速、准确地确定吊挂设备的刚度范围, 从而避免设备与车体之间的共振。      

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

钢管混凝土模型拱动力特性分析

通过振动台试验，获得了钢管混凝土模型拱结构的自振频率．利用结构分析软件SAP2000，采用三维梁单元，视钢管混凝土为组合材料，对结构动力特性进行了有限元计算，获得了结构的频率和振型，计算结果与试验结果吻合较好．为了扩大研究的范围，进一步分析了模型拱在不同条件下的动力特性．通过改变拱肋的刚度、横撑数目以及支撑条件，研究了结构频率和振型的变化，分析了影响钢管混凝土拱结构动力特性的因素．结果表明，加强横撑有利于提高结构的横向自振频率，拱肋刚度对结构自振频率影响不大．     

功能梯度输流管在弹性基体中的热弹性振动分析

为了研究嵌入弹性基体功能梯度输流管的流固耦合振动问题，首先根据欧拉梁模型理论推导得到功能梯度输流管道的振动控制方程，然后采用微分求积法对振动控制方程进行求解，最后根据计算结果详细讨论了材料组分的体积分数、温度、长细比及弹性基体的弹性系数对系统的固有频率及临界流速的影响. 研究结果表明:（1） 内部材料组分的体积分数增大会使系统的无量纲固有频率增大，临界流速减小（指数n由0增大到10，流速为0时的固有频率增大约13%，临界流速减小约6%）；（2） 随着温度的升高，系统的固有频率和其临界流速都会降低（长径比为100时，温度升高30 K，流速为0时的固有频率减小约4%，临界流速减小约14%），减小长径比会使得系统的固有频率明显下降（长径比为100、50和20时，系统的固有频率分别为160、41.1和11.87.）；（3） 系统的固有频率随着管道外径的增大而降低，管壁越薄变化越快，管壁越厚变化越慢（外径由0.1 m增大到0.11 m时，其固有频率的下降幅度约为外径由0.19 m增大到0.2 m时的100倍）；（4） 弹性基体弹性系数k增大会提高系统的固有频率（k增大3倍，系统的固有频率提高了约74%）.      

航空发动机多级叶盘-轴系统扭转耦合振动特性

针对多级叶盘转子结构, 考虑多级叶片弯曲变形和轴扭转变形耦合作用, 引入叶片离心刚化作用, 建立了包含多叶片、2级叶盘和轴的耦合振动模型; 应用哈密顿原理推导了多级叶盘-轴耦合振动微分方程组, 通过数值积分方法得到了系统质量矩阵与刚度矩阵, 进而求解出系统耦合模态; 研究了叶盘固有频率、叶片长度、叶盘间距、叶片扭转角对振动特征的影响。研究结果表明: 2级叶盘-轴系耦合振动包含3类耦合模态, 各阶模态频率以叶盘固有频率为边界相互分离; 叶片长度小于1 m时, 耦合第1、2阶频率受轴半径的影响较大, 叶片长度超过1 m后, 耦合第1、2阶频率受叶片长度的影响较大; 在系统转速为2 000 rad·s-1时, 在不同叶盘间距下, 耦合的3阶模态频率变化幅度分别降低5、3、7 Hz; 转速-频率曲线存在明显的频率转向特征, 叶片扭转角增加60°, 转向区域提高500 rad·s-1; 2级叶盘系统会产生不同于单级叶盘的耦合模态, 短叶片与长叶片均会对耦合频率产生显著影响; 叶片扭转角与叶盘间距的变化会使耦合区域移动, 从而降低可能发生的危险共振。      

采用加速度输入等效风力发电机组塔筒实测响应方法研究

通过对单自由体系的分析,得到风荷载激励和从基底输入的加速度之间的关系。通过对风力发电塔的模态分析,得到简化为广义单自由体系的广义质量和广义刚度,求得风力发电塔塔顶位移的时程曲线,采用Savitzky-Golay平滑算法和差分法求得顶点的加速度和速度时程,以此求得合成后的等效加速度。对直接合成后的等效加速度进行傅里叶变换,采用低通滤波器剔除高频分量,进行傅里叶逆变化后得到最终等效加速度。有限元分析结果表明,在此等效加速度下的结构响应和已知响应吻合一致,从而为风力发电塔的减振试验在振动台上完成成为可能。     

基于变分模态分解和奇异值分解的结构模态参数识别方法

为了准确获得结构的固有频率、阻尼比与振型, 将变分模态分解与奇异值分解相结合, 提出一种新的结构模态参数识别方法; 基于已有时频参数识别方法, 根据测量的脉冲激励与加速度响应估计系统的频响函数, 对系统的频响函数进行反傅里叶变换得到脉冲响应函数; 对各测点的脉冲响应函数进行变分模态分解, 得到与结构固有频率对应的本征模态分量; 提取本征模态分量的固有频率, 利用与固有频率相近的本征模态分量作为行向量构造奇异值分解矩阵, 对所构矩阵做奇异值分解, 利用最大奇异值重构左、右奇异值向量, 识别结构的振型、固有频率和阻尼比; 通过四自由度质量-弹簧-阻尼模态仿真试验和车体横梁锤击模态试验, 验证了所提出的模态参数识别方法的有效性。研究结果表明: 在四自由度理论模型参数识别中, 系统固有频率和阻尼比的识别结果与理论计算结果的最大相对误差分别不超过0.025%和1.490%, 理论计算与识别的1~4阶振型的模态置信度分别为0.999、1.000、0.999和0.999;在车体横梁锤击模态试验中, 提出方法识别的固有频率和阻尼比与理论计算结果的最大相对误差分别不超过1.57%和1.47%, 且车体横梁的理论振型与识别振型趋势相同。可见, 提出的方法能有效识别结构的模态参数。