组合载荷作用下动车牵引电机转子系统弯扭耦合振动特性

为了研究组合载荷作用下动车组用牵引电机转子弯扭振动机理和识别典型故障特征, 依据动车牵引电机结构特点, 将其转子结构离散化为集总质量盘轴系统, 得到了电机转子系统的10自由度弯扭力学模型; 考虑定转子静动气隙偏心引起的不平衡磁拉力、转子质量偏心引起的机械不平衡力、转子重力以及电机驱动转矩和负载转矩等径向和扭转载荷作用, 利用拉格朗日方程法建立了牵引电机转子系统弯扭耦合运动微分方程; 基于Runge-Kutta法求解和分析了不同组合载荷工况作用下的转子系统弯扭振动特性。分析结果表明: 由转子质量偏心造成的系统弯扭自由度耦合关系, 使得牵引电机转子系统的弯扭振动特性受到转子径向和扭转载荷的共同影响, 且影响规律符合转子质量偏心耦合规律; 在全部径向和扭转载荷作用下, 牵引电机转子的径向振动包含零频、转频、二倍转频、弯振固有频率、二倍供电频、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率与转频组合等频率成分, 其中转频成分对应的弯振幅值最大, 而脉动转矩频率与转频的组合频率的振幅非常小, 说明脉动转矩对牵引电机转子径向振动的贡献并不明显; 在全部载荷作用下牵引电机转子的扭转振动包含转频、二倍转频、弯振固有频率与转频组合、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率等频率成分, 其中脉动转矩频率成分对应的扭振幅值最大, 其次由重力和不平衡磁拉力引起的转频成分对应的扭振幅值也较大, 且基本具有同一数量级, 表明它们对扭振的贡献均不能忽略。     

考虑梁弯扭耦合对钢轨横向振动特性的影响

为准确预测弹性波在钢轨中的传播，且探究考虑Timoshenko梁弯扭耦合的必要性，基于波谱-辛混合法建立了考虑梁弯扭耦合的钢轨-扣件空间无限长模型.在模型验证的基础上，分析考虑Timoshenko梁弯扭耦合对钢轨横向固有频率与速度导纳的影响，进一步从理论和试验方面分析了扣件胶垫垂向预压特性对钢轨横向弯曲振动特性的影响.研究结果表明：考虑梁弯扭耦合使得钢轨横向弯曲共振频率增大了约29.6 Hz，且在钢轨横向弯曲振动中同时出现弯曲和扭转pinned-pinned模态；扣件胶垫垂向预压特性主要影响钢轨横向中低频振动，随着预压的增大，钢轨横向弯曲共振频率增大；当预压从30 kN增加到50 kN时，实测的横向弯曲共振频率增加了13.7 Hz，考虑和不考虑梁弯扭耦合时其分别增加了12.5 Hz和21.7 Hz；不同预压下考虑梁弯扭耦合的钢轨横向弯曲共振频率变化规律与实测的结果更为接近.     

曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁扭转振动频率分析

为科学合理地分析曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁的扭转振动特性,首先,综合考虑弯扭耦合效应和波形钢腹板的剪切变形效应,基于Galerkin法和Hamilton原理建立了该桥型的扭转振动频率控制微分方程和自然边界条件.随后,根据自然边界条件,求解了剪切变形效应和弯扭耦合效应共同作用下曲线波形腹板钢箱-混凝土组合梁扭转振动频...     

悬吊双层闭口箱梁桥面风振性能

以悬吊双层闭口箱梁桥面为研究对象,通过风洞试验,针对结构静力耦合与气动干扰对悬吊双层闭口箱梁桥面风振性能影响进行了研究;采用变分模态分解方法对试验监测信号进行模态分解,识别颤振模态;通过振动形态矢量图与相位图对颤振弯扭耦合程度及弯扭相位差进行分析;根据最小二乘法识别颤振导数,基于激励-反馈原理,由颤振导数识别颤振气动阻尼。研究结果表明:在结构静力耦合与气动干扰共同作用下,下层断面发生软颤振,其竖向、扭转振动参与度系数分别为0.85、0.53,其颤振形态倾向于竖向振动;下层断面在自激气动力作用下发生颤振,自激气动力相位差减小导致颤振弯扭相位差减小为81.29°,而上层断面在结构耦合力作用下发生强迫振动,结构耦合力相位差决定上层断面弯扭相位差为100.81°;下层断面竖向振动气动阻尼主要来源于竖向速度自激升力负阻尼以及弯扭速度通过激励反馈所产生的耦合升力负阻尼,分别为60%和40%;下层断面转振动气动阻尼主要来源于扭转速度自激升力矩正阻尼以及弯扭速度通过激励反馈所产生的耦合升力矩正阻尼,分别为45%和50%。可见,对于悬吊双层闭口箱梁桥面,下层断面在竖向振动气动负阻尼驱动下发生偏于竖向振动形态软颤振,下层断面软颤振诱发悬吊双层桥面振动系统整体发生弯扭耦合软颤振。      

曲轴扭转-纵向耦合振动分析

分析了曲轴的扭转—纵向耦合振动机理,建立了基于集总参数模型的曲轴扭—纵耦合振动数学模型．应用该模型对曲轴扭—纵耦合振动进行了数值仿真．结果表明：耦合作用会使振动加剧,但其倍频扭振响应可以忽略,而且通过改变扭振固有频率和纵振固有频率可对耦合作用进行调整。     

移动荷载下波形钢腹板曲线组合梁桥动力特性研究

综合考虑曲梁弯扭耦合、腹板剪切变形及箱梁的约束扭转,利用能量变分法和哈密顿原理对移动荷载作用下波形钢腹板曲线组合梁桥的竖向自振频率和动位移解析解进行了推导,将理论值与文献算例值及有限元值进行对比,验证了理论推导的正确性。在理论推导的基础上,探究了腹板剪切变形和箱梁约束扭转对曲梁自振及强迫振动的影响。结果表明箱梁的约束扭转对曲梁自振及强迫振动动力响应影响较小,腹板剪切变形影响较大,在计算中不应忽略。     

船舶轴系扭振的消减与回避

柴油机轴系的扭转振动是引起柴油机动力装置故障的重要原因之一，本文利用振动力学的知识，结合实例分析，对扭振的消减和回避进行了探讨。     

风力发电塔系统整体建模与模态分析研究

为了判断风力发电塔系统是否能避开共振,需对其进行模态分析。提出了考虑“桨叶-轮毂-机舱-塔筒”耦合的整体建模的方法,可用于风力发电塔系统模态的计算。分别进行了停机阶段、运行阶段和切出阶段的模态分析,对比其频率和固有振型。对比结果表明：三个阶段的频率基本相同,只须验算停机状态下的频率满足规范即可;塔筒的振动形式主要为侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动;桨叶在前十阶的振动形式主要为挥舞振动和摆振,且三桨叶振动存在一定的规律;相对于停机阶段,运行阶段时振型基本相同,切出阶段时振型有较大差异。     

车辆动力传动系振动的研究方法

综述了车辆动力传动系振动的研究进展。从振动的角度看,车辆动力传动系可分为弯曲振动系统和扭转振动系统。目前主要采用试验模态分析和有限元等研究方法对动力传动系弯曲振动特性进行研究,建立了较为理想的弯曲振动分析模型。在动力传动系扭转振动的研究方面,许多学者对此进行了有益探索研究,并取得了一定的进展。但限于分析条件,对车辆动力传动系弯曲、扭转振动耦合的研究尚不十分完善,尤其在国内,这一研究尚处于起步阶段。因此,在动力传动系弯曲、扭转振动的研究已相对成熟的基础上,动力传动系的弯曲、扭转振动耦合对其振动特性影响的研究将是今后一段时间的主要研究内容。     

基于曲轴扭振诊断内燃机各缸作功状况

提出依据实测曲轴某一个惯量的扭转振动，反算各缸的平均有效压力，藉以诊断多缸内燃机各缸作功状况。用子空间法找出各缸平均有效压力与测点扭振角度间的传递关系，再用最小二乘法求解矛盾方程，进而得到各缸的平均有效压力。在6135柴油机上验证了所采用方法的正确性。     

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。     

车下设备对车体振动的影响

为了考虑车体的弹性振动, 将车体等效成欧拉伯努利梁, 建立了车体与设备垂向耦合振动模型, 研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动幅频特性的影响。基于模态叠加法原理建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组三维刚柔耦合动力学模型, 分析了车下设备悬挂方式、重心偏载与弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。采用欧拉伯努利梁模型的数值分析结果表明:基于动力吸振器原理, 当车下设备采用合理的弹性悬挂参数时能够有效抑制车体的弹性振动, 并提高车体的垂向弯曲频率。采用三维刚柔耦合动力学模型仿真结果表明:车辆运行速度越高弹性悬挂的优点越明显, 车下设备横向偏载主要影响车体的横向振动特性, 纵向偏载主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平, 当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时, 提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够在一定程度上抑制车体的弹性振动。     

薄壁梁型船舶结构的水弹性自由振动

基于考虑弯扭耦合运动的船体薄壁梁理论和简单Ｇｒｅｅｎ函数构造的二维流体直接边界元方法，建立一个用于薄壁梁型船舶结构在水上运动的流固耦合作用的计算模型，到附连水质量随振动频率变化及与振动型式相关等因素，将流体对结构的作用处理为集束的附加质量阵，叠加到结构的一致质量阵之中，用迭代的方法救是船体在水上运动的湿固有频率和模态，进而可以得到其动力响应。     

不对称独塔斜拉桥风致颤振分析

以某不对称独塔斜拉桥为例进行风致颤振分析,用桥梁有限元分析程序Midas Civil建立空间三维模型,对该桥成桥状态进行动力特性分析,并根据动力特性计算弯扭耦合颤振和分离流扭转颤振临界风速,对其抗风性能进行评估,结果表明,该桥成桥运营状态能够抑制自激风振。     

双质量飞轮在微车扭振治理中的应用

针对某微车因动力传动系扭振引起的低速车内噪声和振动问题,应用双质量飞轮进行扭振治理,以达到降低该车低速车内噪声和振动、提升整车NVH性能的效果。在治理过程中,通过扭振当量计算模型,研究了双质量飞轮初级惯量、次级惯量以及扭转刚度对其减振效果的影响,为双质量飞轮的设计和应用提供了参考;并以解决该实际工程问题为基础,提出了应用双质量飞轮进行轴系扭振治理的方法和思路。     

内燃机气体激振力矩相位特性与应用

通过仿真计算研究了内燃机激振力矩简谐分量的相位特性，并分析了简谐力矩相位对扭转振动计算结果的影响和激振力矩简谐分量与曲轴扭转振动简谐分量相位特性的关系．结果表明：简谐力矩相位对扭转振动计算结果的影响较大，进行曲轴扭转振动计算时必须考虑激振力矩相位；用简谐扭转振动相位诊断故障缸方法是可行的．     

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.     

钢芯铝绞线的拉扭耦合力学性能

导线扭转参数属于导线基本力学性能之一，尤其是拉扭耦合效应会极大地影响覆冰输电线舞动分析的准确性. 为此，对典型7股钢芯铝绞线LGJ/JL/G1A-70/10进行了扭转试验，并结合有限元仿真软件ANSYS对相应构件进行建模与数值分析，与基于钢丝绳拉扭耦合理论的4种理论进行了对比. 数值分析结果与扭转试验结果吻合较好，且对比分析表明:拧绕系数的取值浮动较大，会导致不容忽视的误差；在正常运行应力状态下，导线拉伸会产生较大的扭转效应，导线的截面扭转也会产生轻微张力变化；导线的拉扭耦合和扭拉耦合系数不相等；基于钢丝绳的理论均未考虑子股导线的滑移变形及坐标更新，会在一定程度上高估轴向刚度以及拉扭耦合效应.      

纵横弯曲杆的控制方程及其工程应用

较仔细地研讨了纵横弯曲杆的控制方程，以及它在桥梁工程中有关稳定和振动方面的应用。     

柴油机轴系扭转振动的有限元分析及TVCS程序系统

给出了柴油机轴系扭转振动有限元分析的基本公式和求解方法;介绍TVCS程序系统,并给出具体算例。应用该程序可以进行复杂轴系的扭振计算。