基于约束阻尼层的高速客车车体弯曲振动的抑制

为了降低车体的弹性振动,将车体考虑为两端自由等截面欧拉梁,建立了铁道客车刚柔耦合系统垂向动力学模型,通过幅频特性分析计算了系统各部件固有模态以及车体模态损耗因子对车体弹性振动的影响。对车体表面局部进行约束阻尼处理,通过合理假设推导了含有约束阻尼层的车体模态损耗因子的计算公式。数值分析结果表明:车体一阶弯曲自振频率接近人体振动敏感区域,为减小车体弹性振动,必须首先降低一阶弯曲振动。良好的乘坐舒适性可以通过增加车体结构的损耗因子来实现,车体局部贴附约束阻尼层可以增加车体结构阻尼。为了使车体结构获得最大的损耗因子,阻尼材料应该贴附在弯曲变形最大的位置,并且约束层和粘弹性层贴附长度和厚度有一个最佳值。只要选择合适的阻尼材料,就能获得很好的减振效果,从而达到提高高速客车乘坐舒适性的目的。     

金属-橡胶层叠阻尼肋板对双层壳振声性能的影响

为降低双层圆柱壳的辐射噪声,基于阻尼减振原理,从抑制声桥振动能量传递入手,通过结构增阻技术在壳间声桥中设计了金属-橡胶层叠复合阻尼肋板;考虑粘弹性材料的频变特性,数值计算了肋板型式改进前后双层壳振声性能,分析了层叠阻尼肋板参数变化对双层壳振声性能的影响.研究表明:壳间声桥采用金属-橡胶层叠复合阻尼钢板能有效衰减振动能量的传递,降低双层壳辐射噪声;减小阻尼层储能模量有更好的减振降噪效果;随着频率的增大,提高材料的阻尼对降低中高频线谱峰值更有效;阻尼层的厚度选择既要保证结构的总体刚度,又要尽量增大阻尼层以提高能量耗散能力.     

阻尼材料损耗因子的测试

通过试验典型的薄板-附加阻尼层结构得到其动态参数,研究了基板材料及厚度、阻尼层厚度对阻尼材料损耗因子温度、频率特性的影响,将试验获得的参数输入仿真模型,分别计算基板以及复合板的频率值,对比试验与仿真结果,误差均在5%以内,证明测试所得阻尼材料参数以及损耗因子温度、频率特性规律的正确性。     

浮置板轨道减振垫的刚度测试与评价

为了科学测试与评价浮置板轨道减振垫刚度,为浮置板轨道静动力学特性分析提供准确的计算参数,通过有限元仿真计算减振垫测试样品的荷载施加范围,应用配备温度箱的力学试验机并结合温频等效原理测试了减振垫静刚度以及5.0、10.0、20.0、30.0 Hz频率下的动刚度;在得到减振垫准确力学参数的基础上,对比分析了采用传统4.0 Hz参数与真实频变参数对浮置板轨道固有频率以及导纳特性的影响. 研究结果表明:浮置板轨道变形、静力学分析以及底座板弯曲变形应分别采用3种不同荷载范围下的静刚度;浮置板轨道调谐频率,安全性以及减振效果应分别采用3种不同预压条件下的动刚度;无（有）车载条件下聚氨酯减振垫4.0 Hz参数得到的浮置板固有频率为27.0 Hz （15.5 Hz）,而考虑频变刚度的真实固有频率为31.5 Hz （18.3 Hz）;采用4.0 Hz减振垫参数分析浮置板振动传递特性将会低估浮置板轨道固有频率,高估隔振频带及隔振效果;当采用浮置板轨道真实一阶固有频率对应的减振垫参数,其导纳计算结果与考虑减振垫真实频变特性基本一致.      

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。      

周期性有砟轨道结构垂向弯曲振动波复频散分析

轨道结构的周期性特征对于其内振动波的传播具有滤波特性，开展频散分析对于了解轨道结构的振动传递特性具有重要意义。鉴于此，以有砟轨道结构为研究对象，基于虚拟弹簧模型和能量泛函变分原理提出了能够考虑阻尼因素与材料频变效应的轨道周期结构复频散计算新方法。通过与既有文献结果对比验证了文章方法的准确性，并利用该方法分析了扣件刚度频变效应、扣件阻尼和道砟阻尼对轨道结构振动波复频散特性的影响规律。研究结果表明，刚度频变效应及扣件、道砟阻尼对于振动的衰减域及衰减速率有着较大的影响，轨道结构振动传递分析中必须予以考虑。     

白车身模态灵敏度分析及结构优化

以白车身的3个低阶模态--第1个弹性体模态、一阶扭转模态及一阶弯曲模态对应固有频率的提高为目标,以白车身总成各板件的厚度为设计变量,得到3个重要模态固有频率对各板件厚度的灵敏度.将3个重要模态的相对灵敏度综合考虑,在基本不对模具进行修改的条件下,通过调整"敏感"板件厚度,对白车身的结构进行优化.优化结果显示,车身模态指标及刚度有不同程度的提高,而车身质量没有明显增加.     

曲线纤维变刚度壁板的亚音速气弹稳定性研究

针对曲线纤维变刚度复合材料层合板在高速列车壁板结构轻量化设计中的广阔应用前景,研究了弹性、黏弹性变刚度复合壁板在亚音速流场中的气动弹性稳定性问题. 首先,基于Mindlin厚板理论和势流流动理论分别描述壁板结构变形和亚音速气动力,根据虚功原理和有限元法建立了曲线纤维变刚度复合材料弹性/黏弹性壁板的气动弹性稳定性分析模型,进而采用复模态理论求解复合材料变刚度壁板发散临界速度;在验证方法正确性和收敛性的基础上,研究了壁板关键参数等对复合变刚度壁板发散失稳特性的影响规律. 研究结果表明:与直线纤维壁板相比,通过调整曲线纤维路径可以实现壁板的发散临界速度50%左右的提升,有效增强壁板气动弹性稳定性.      

SCLD板模态控制模型及振动控制

为有效抑制薄板在外界激励下的低频振动,对机敏约束层阻尼(SCLD)结构进行了主动振动控制研究.首先,考虑了黏弹性材料随温度与频率变化的阻尼特性,结合GHM阻尼模型建立了耦合系统有限元动力学分析模型;其次,考虑到结构动力学模型自由度庞大,采用物理坐标下自由度动力缩聚和状态方程下复模态截断进行了两次降阶,并通过复模态空间向实模态空间转换,得到了低维实模态控制模型;最后,通过模态实验验证了理论模型,并基于低阶控制模型设计了振动控制器,证明了研究方法的正确性.研究结果表明,采用本文的组合降阶方法可以有效地对SCLD结构进行降阶,对模态控制模型主动控制取得了良好控制效果:在单位阶跃激励下,振动响应衰减时间从0.20 s缩短为0.08 s;在随机白噪声激励作用下,振动响应均方根值降低了39.65%.      

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.     

门式起重机结构参数与动态指标耦合关系

根据已建立的小车架为弹性结构时门起重机的3质量3自由度串联弹性动力学系统振动模型，通过模态分析法获得系统动态特性的数值解，着重研究门式起重机结构参数与动态指标之间的耦合关系和变化规律。小车轨距对系统固有频率的影响较大；桥架刚度系数和小车架刚度系数对系统动载系数的影响不大。     

模态分析在轨道振动特性研究中的应用

本文首次将模态分析理论应用于轨道结构振动特性的研究中，介绍了轨道结构动力响应的振型叠加法，采用传递特性分析评价了轨道结构减振隔振的措施。通过落轴试验，测得轨道结构各部分的传递函数，然后应用传递函数模态分析法，获得了垂向振动的固有频率，主振型及阻尼比。研究结果表明，模态参数理论可简化轨道振动的理论分析；试验模态分析技术能探索轨道结构的固有振动特性；使最终实现轨道定量分析成为可能。     

转向架橡胶件动态参数的高低温特性

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 为掌握其非线性刚度和阻尼系数的频变、幅变和温变特性, 开展动态参数的高低温(-60℃~60℃) 特性试验, 阐述了橡胶件参数动态特性的试验方法, 对轴箱叠层橡胶弹簧和转臂定位橡胶节点进行轴向、径向的静态和动态测试, 根据载荷-挠度滞回曲线计算刚度和阻尼系数。试验结果表明: 常温23℃工况下, 橡胶件的刚度和阻尼系数仅表现出频变、幅变特性, 参数变化量却与环境温度强相关; 相比于常温23℃工况, -60℃极低温环境下的橡胶件刚度和阻尼系数均显著增大, 激振位移为0.50 mm时刚度增加1倍以上, 阻尼系数增加4~6倍, 并且激振频率越高两者增幅越显著; 60℃高温环境下, 相比23℃橡胶件刚度仅降低约5%, 阻尼系数仅降低约25%, 并且高温环境下橡胶件的频变和幅变非线性减弱; 低温引起车辆悬挂系统动态刚度和阻尼系数变化, 进而造成车辆动力学性能指标变化, 相比于常温, -40℃工况下运行安全性指标如脱轨系数增大约5%, 车体振动加速度显著增大约17%。      

基于元结构的数控立式车床床身静动态特性分析与优化

根据床身内部两种元结构的尺寸特点,采用参数化优化设计方法找出其最优结构参数.以提高床身低阶模态固有频率和轻量化为目标,对床身内部筋板参数进行优化,并提出了床身的两种优化设计方案.通过将这两种方案进行综合,得到最终的床身结构优化设计方案.最终床身一阶固有频率提高了14.91 Hz,质量下降了480 kg,并且其静刚度也得到了提升.     

某变速箱壳数值模态与试验模态的分析与研究

以变速箱壳为研究对象,利用有限元分析方法得到变速箱壳的固有频率和振型。运用锤击法对变速箱壳进行试验模态分析,得到模态参数,将试验模态与仿真计算的结果进行比较,验证了有限元分析结果的可靠性。在此基础上对结构进行修改,并进行有限元分析验证,改进后变速箱壳的各阶固有频率得到提高,增加了整体刚度。     

含阻尼层基座的加筋柱壳振动及声辐射计算

为研究敷设阻尼材料基座对艇体振动辐射噪声的影响,采用有限元法计算得到约束阻尼板的固有频率同理论值吻合较好,验证了阻尼材料建模的合理性;并利用有限元/边界元法分析了加肋柱壳受激后的水下声辐射,结果同试验值基本一致;最后以加筋板（裸基座）和含基座的加肋圆柱壳作为对象,计算分析了约束阻尼对裸基座振动特性的影响以及基座敷设阻尼材料前后壳体辐射声场的变化。结果表明：敷设约束阻尼能有效降低加肋圆柱壳体及其内部基座的辐射噪声。     

集装箱码头桥吊结构特性的模态分析

振动是结构经常面对的问题之一,因此了解结构本身具有的刚度特性即结构的固有频率和振型,将避免在使用中因共振因素造成不必要的损失.所谓的模态分析就是确定设计结构的振动特性,得到结构的固有频率和振型,对复杂结构进行准确的模态分析将对结构系统的振动特性分析、振动故障诊断以及结构动态特性的优化设计提供依据.用有限元法对关累码头桥吊结构进行了模态分析,得到了10阶模态,并挑选出关键模态,分析了其对结构的影响,最后结合该码头的实际情况,给出了其基本工况下的振动安全性评价.     

集装箱码头桥吊结构特性的模态分析

振动是结构经常面对的问题之一,因此了解结构本身具有的刚度特性即结构的固有频率和振型,将避免在使用中因共振因素造成不必要的损失.所谓的模态分析就是确定设计结构的振动特性,得到结构的固有频率和振型,对复杂结构进行准确的模态分析将对结构系统的振动特性分析、振动故障诊断以及结构动态特性的优化设计提供依据.用有限元法对关累码头桥吊结构进行了模态分析,得到了10阶模态,并挑选出关键模态,分析了其对结构的影响,最后结合该码头的实际情况,给出了其基本工况下的振动安全性评价.     

索网结构振动模态特性分析

采用子空间迭代法，结合2个工程实例，对索网结构的自振特性进行了计算分析，研究了一般索网结构的频率分布特性以及钢索应力刚度、结构质量和矢跨比等结构参数对自振特性的影响．此外，还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响，考虑位形修正进行了模态分析．研究结果表明，索网结构振型密集，影响其自振特性的主要结构参数是索网的初始张力和索网屋面的分布质量．     

某轿车白车身结构的灵敏度分析及结构优化

对某轿车白车身建立有限元模型,进行了理论模态分析,并通过模态试验对有限元模型进行了验证.针对白车身在常用车速下的共振问题,分析了白车身固有频率对各结构板厚度的灵敏度,找出了灵敏度较大的构件.在此基础之上,以低阶模态频率为状态变量,以相对灵敏度较大的板件厚度为设计变量进行优化,取得了较好的效果.