矩形断面高层建筑脉动风荷载频谱特性研究

为研究风场特性及矩形断面长宽比等因素对矩形高层建筑脉动风荷载功率谱特性的影响,以矩形断面(宽厚比B/D=2∶1,1∶2)为例,采用刚性模型测压风洞试验的方法,测得了边界层中矩形模型的脉动风荷载时程.参考日本建筑设计建议(AIJ)给出的横风向脉动风荷载谱模型,对试验结果进行拟合,给出了一个简化的矩形高层建筑横风向脉动风荷载功率谱函数表达式.试验结果表明,顺风向脉动风荷载主要由纵向紊流引起,其功率谱密度函数特征与来流紊流基本一致;横风向脉动风荷载的形成机理较为复杂,矩形断面侧边存在复杂的分离流动及再附现象,但其无量纲功率谱密度沿高度基本一致;斯托哈尔数沿高度方向变化较小,当宽厚比分别为2∶1和1∶2时,斯托哈尔数分别约为0.128和0.069 7.     

不对称裂纹轴承转子系统的非线性动力学

转子出现裂纹时,切向刚度的变化对动力学响应有非常大的影响,为探明振动响应的改变规律,研究油膜力作用下不对称裂纹轴承转子系统的动力学行为.首先建立系统的动力学模型,其次采用数值积分法求解系统的非线性振动响应,综合利用分岔图、Pioncare截面图、时间响应图分析裂纹角和裂纹深度对系统运动状态的影响.研究表明:在亚临界转速区域内,裂纹角和裂纹深度对系统的振动响应影响不大;在超临界转速区域,裂纹疲劳损伤对系统的非线性响应影响较大,低周期、高周期、拟周期以及混沌振动响应交替出现.     

轨枕空吊对轨枕动态性能的影响

为研究轨枕空吊对轨枕动态响应的影响,建立了车辆-轨道垂向耦合动力学模型.假设车辆模型为多刚体系统,用Euler梁模拟离散支撑的钢轨,轨枕视为弹性地基上的Euler梁,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程.结果表明:当轨枕部分悬空或完全悬空时,影响轨枕最大弯矩的位置;轨枕空吊数目越多,轨枕的弯矩越大;轨枕底座的完全悬空对邻近空吊区的轨枕动态行为影响较大.     

基于冲击响应谱的高速火箭橇滑轨路谱分析

为了评估高速火箭橇滑轨的平顺性,提出了一种基于轨道动态响应测量进行动态路谱分析的方法.该方法视火箭橇试验系统为橇轨耦合系统,以滑轨的动态响应作为火箭橇的基础激励条件,通过分析冲击响应谱获得滑轨的路谱特性.试验时选取火箭橇经过滑轨上该点时的加速度响应作为火箭橇的基础激励,得到火箭橇基础激励的加速度响应谱,再将加速度响应谱变换为位移响应谱,最后利用该点的火箭橇通过速度将位移响应谱变换为空间谱,即动态路谱.将该动态路谱作为高速火箭橇滑轨的输入进行实测分析,结果表明:谱密度值为10~10-4 mm2m,不平顺周期集中在0.01~2.50 m-1,采用动态路谱分析方法得到的滑轨不平顺特性与霍洛曼滑轨特性基本一致,可以作为高速火箭橇的随机激励条件.      

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后,获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据,利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值,并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明:车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加,随路面等级变差呈非线性增大,路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应的频域分析

为了更加有效地建立列车运营速度与桥梁最大位移响应之间的关系, 针对单个移动荷载激励下桥梁最大位移响应提出了一种频域分析方法; 采用傅里叶变换推导出单个移动荷载匀速通过梁桥时的移动荷载谱和桥梁振动位移响应谱, 通过分析移动荷载幅值谱获得了导致桥梁自由振动位移出现极值响应的移动荷载速度, 并提出了该移动荷载速度的计算公式; 以一简支梁为例, 通过与相关文献结果的对比, 验证了本文数值计算程序的正确性, 进一步基于该程序, 通过数值分析验证了频域分析方法理论推导的正确性和移动荷载速度计算公式的准确性。研究结果表明: 在频域内得到的移动荷载幅值谱与时域内得到的桥梁自由振动幅值响应规律一致, 因此, 移动荷载幅值谱能有效反映桥梁自由振动位移响应; 导致桥梁发生自由振动最大位移响应的移动荷载速度与移动荷载幅值谱最大值对应的速度相等, 且移动荷载幅值谱的其他极值点与桥梁自由振动位移响应极值点对应的移动荷载速度一致; 在自由振动阶段, 桥梁位移响应极值点对应的单个移动荷载速度仅与桥梁自振频率和跨度有关; 单个移动荷载以共振速度通过桥梁时, 桥梁发生的受迫振动与自由振动位移响应均不是最大响应, 因此, 对于高速铁路桥梁的列车运营速度, 除关注列车共振速度外, 需更加重视使桥梁产生最大位移响应的速度。      

起重机电机拖动系统负载跟踪控制

为了使起重机电机拖动系统的电机以给定转速实时跟踪突变的负载转矩,通过等效折算得到了起升机构电机转子侧的等效转动惯量、等效负载转矩和电机拖动系统动力学方程;建立了按转子磁链定向同步旋转坐标系;应用转差角频率设计了跟踪负载转矩的矢量变频控制系统.实例计算表明:闭环系统的空载起动时间比开环系统快0.34 s,电机平稳起动,起动阶段开环和闭环系统的峰值电磁转矩差值达148 Nm;闭环系统电机消耗的电功率(综合节能的百分比)小于开环系统;在起动阶段,开环系统的峰值功率是闭环系统峰值功率的2.5倍.电机在空载起动阶段约节能50%,平稳运行阶段约节能30%.      

质量偏心对裂纹转子系统振动特性的影响研究

将叶轮转子系统简化为Jeffcott转子,在非线性油膜力和流体激振力作用下建立了带有裂纹的转子系统的动力学模型,并推导了系统的无量纲运动方程.运用数值积分法研究了系统响应的分岔特性,分析了质量偏心对裂纹转子分岔特性的影响.结果表明:质量偏心越大,对裂纹转子系统响应的影响也越大.     

基于随机地震动模型的黄土隧道动力响应研究

汶川地震震损表明,隧道结构在强震作用下会出现结构损伤和破坏.地震动的发生具有很强的随机性,而目前大多采用经典地震动记录对进行隧道地震动力时程分析,无法保证与震源机制和场地特性相匹配,采用确定性地震动记录,对地震动随机特性考虑尚不够完善.因此,基于杜修力地震动模型,采用脉冲函数法求解动力方程,对某黄土隧道进行了随机响应分析分析,研究了随机地震动作用下黄土隧道随机地震响应特征.计算结果表明:隧道拱顶的主应力功率谱密度函数呈单峰,其响应主要发生在低频,而拱腰、边墙、墙脚、轨道板主应力功率谱密度函数呈双峰,主要发生在低频和中频;隧道位移响应主要在发生在地震方向,其响应均方差在2.1 cm以上,轨道板位移响应很小;隧道拱腰和墙脚的主应力响应很强烈,其均方差在3.1 MPa以上;拱腰和墙脚为黄土隧道地震响应最不利的位置.该研究可以为黄土隧道抗震理论提供支撑.     

车辆——轨道耦合系统随机振动响应特性分析

基于车辆一轨道耦合动力学理论,通过建立车辆一轨道垂横耦合模型,利用时域数值积分法进行了耦合系统的随机响应分析。在此基础上,采用周期图法估计出车辆一轨道垂向和横向随机响应功率谱密度PSD,并进行了谱分析。最终得到了车辆一轨道耦合系统随机振动的基本规律。     

Study on lift-up speed of aerodynamic compliant foil thrust bearings

Objective The experimental study on the lift-up speed of a new kind of compliant aerodynamic foil thrust hearings was performed on the multifunetional test rig established for testing the performances of foil gas bearings. Methods The lift-up speed of foil gas thrust hearing under given axial load was analyzed through the spectrum of axial displacement response in frequency domain. Results The test results indicated that the difference in the spectrum of axial displacement responses before and after lifting up of the rotor was obvious. After lifting up of the rotor, there were only larger components of rotation frequency and lower harmanie frequencies. If the rotor wasn＇t lift-up, there were also larger components of other frequencies in the spectrum. Conclusion So by analyzing the spectrum of axial displacement response, the results showed that the lift-up speed was about 1 860 rpm when the axial load was 31N.     

基于SOGI-FLL-WPF的磁悬浮多跨转子不对中振动检测

为解决磁悬浮多跨转子不对中振动检测问题，首先，建立磁悬浮转子系统动力学模型及联轴器不对中模型；其次，基于多跨转子力学模型模拟转子不对中振动状态，并采用二阶广义积分-锁频环（second order generalized integrator-frequency locked loop，SOGI-FLL）对振动信号进行转速辨识；然后，将转速辨识信息输入至SOGI进行转速同频陷波，进而利用带预滤波器的SOGI-FLL （SOGI-FLL with prefilter，SOGI-FLL-WPF）对陷波后的信号进行磁悬浮多跨转子不对中振动检测；最后，通过磁悬浮多跨转子定速和升速状态下的仿真计算，验证了本文提出多跨转子不对中振动检测方法的可行性. 实验结果表明:由转子不对中引起的转速二倍频振动信号可被快速辨识出幅值和频率，可为磁悬浮多跨设备的应用奠定基础.      

三维空间大气紊流场生成与扩展方法

为了提高飞机穿越大气紊流场时的实时飞行仿真逼真度,提出了三维空间大气紊流场的生成与扩展方法。采用Von Karman模型,在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅立叶逆变换得到三维空间大气紊流场。基于傅立叶变换的复共轭对称特性,生成实的紊流场。在飞行仿真过程中,对预先生成的无因次紊流场进行有因次化,保证紊流场尺度和强度随飞行高度动态变化。运用基于对称扩展的紊流场扩展方法,保证生成的局部空间紊流场有效扩展为大范围连续紊流场。仿真结果表明:生成的三维紊流场在对称扩展前、后均符合Von Karman模型,且与基于紊流场相关函数矩阵的生成方法相比,新算法计算速度快,存储空间需求少,更适于实时飞行仿真。     

Research on Dynamic Response Characteristics of 6MW Spar-Type Floating Offshore Wind Turbine

A 6 MW spar-type floating offshore wind turbine(FOWT) model is put forward and a fully coupled aero-hydro-servo-elastic time domain model is established in the fatigue,aerodynamics,structures and turbulence(FAST) code.Influence rules of wind load and wave load on the characteristics of 6 MW spar-type FOWT are investigated.Firstly,validation of the model is carried out and a satisfactory result is obtained.The maximal deviations of rotor thrust and power between simulation results and reference values are 4.54% and-2.74%,respectively.Then the characteristics,including rotor thrust,rotor power,out-of-plane blade deflection,tower base fore-aft bending moment,and mooring line tension,are researched.The results illustrate that the mean value of dynamic response characteristics is mainly controlled by the wind-induced action.For characteristics of tower base fore-aft bending moment and platform pitch motion,the oscillation is dominated by the wave-induced action during all conditions considered.For characteristics of out-of-plane blade tip deflection and mooring line tension,the oscillation is commanded by combination effect of wave and wind loads when the wind speed is lower than the rated wind speed(hereinafter referred to as below rated wind speed) and is controlled by the wave-induced action when the wind speed is higher than the rated wind speed(hereinafter referred to as above rated wind speed).As to the rotor thrust and power,the oscillation is dominated by the wind induced action at below rated wind speed and by the combination action of wind and wave loads at above rated wind speed.The results should be useful to the detailed design and model basin test of the 6 MW spar-type FOWT.     

混合动力挖掘机节能系统

为了降低中型传统液压挖掘机的能耗,减少碳排放,在分析传统液压挖掘机系统能耗点的基础上,结合当前节能方法,提出了带能量回收的油电混合动力系统和油液混合动力系统.根据23 t液压挖掘机的参数配置,建立了传统液压挖掘机、油电混合动力和油液混合动力3种系统回转机构的数学模型,并用AMEsim软件进行仿真,在相同负载工况下,得到了3种回转机构的角位移、角速度、功率和能耗曲线.研究结果表明:油电混合动力和油液混合动力的回转系统比传统回转系统在角位移和角速度方面响应快速、准确,油电混合动力比油液混合动力响应更快;从能耗方面看,油电混合动力和油液混合动力比传统液压系统节能分别达到了42%和28%.      

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性．为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应．研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显．     

轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承（ARHMB）的涡流损耗并增加轴向磁力，提出轴向采用软磁复合材料（SMCs）制备的推力轴承，在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密，径向采用叠片结构. 首先，基于动态磁通分布及等效磁路法，建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型；其次，对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响；最后，采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究. 研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽，在高频条件下具有更好的动态特性；考虑交叉耦合效应时，SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大，不可忽略；对于低带宽工作的碳钢轴承，交叉耦合效应不明显；电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0，具有良好的控制特性.      

Dynamic Analysis of Micro-machined Diamagnetic Stable Permanent Magnet Levitation System

A novel micro-machined diamagnetic stable levitation system (MDSLS) which is composed of a free permanent magnetic rotor, a ring lifting permanent magnet and two diamagnetic stabilizers was presented. The static and dynamic stable characters of MDSLS were analyzed. The coupled non-linear differential equations were used to describe six-degree-of-freedom motion of the levitated rotor, and the equivalent surface current and combined diamagnetic image current method were utilized to model the interaction forces and torques between the lifting permanent magnet and rotor permanent magnet and also between the rotor permanent magnet and diamagnetic substrates. Because of difficulty to get analytical solution, the numerical calculation based on Runge-Kutta method was used to solve the dynamic model. The vibration frequencies were identified by fast Fourier transform (FFT) analysis. According to their resonance characteristics and parameters, the translational and angular dynamic stiffness were also calculated. The results show that the levitation of the rotor in MDSLS is stable, and the MDSLS is potential for the application in levitation inertial sensor.     

基于二维PSD的任意转角激光对中仪

介绍了二维PSD的工作原理，提出了一种基于单LD／单PSD的同轴度测量模型．据此模型，只要测量出任意两个角度时光斑在PSD上的坐标，即可求出两轴的径向偏差和角度偏差．给出了系统硬件组成和软件流程图．