基于振动分析的自动扶梯状态监测与预警系统研究

自动扶梯是特种设备,其安全性与乘客的人身安全密切相关.自动扶梯状态监测与预警是为了保证自动扶梯安全性的预测性系统,该系统由传感器、数据采集器和数据分析软件等组成,采用振动分析原理,实现故障预警及维修部件指导,预防故障或事故的发生.该系统已在北京轨道交通项目中使用,通过对项目中的典型案例进行分析,详细阐述该系统应用及运行...     

半开口和分离边箱开口断面主梁竖向涡振性能对比

为深入研究不同截面形式开口断面主梁的涡振性能及其发生机理,针对半开口和分离边箱开口断面2种主梁,进行了1∶50节段模型风洞试验,考虑等效质量、风攻角和阻尼比等因素的影响,计算了2种主梁断面的斯托罗哈数;基于线性和非线性理论,估算了实桥竖向涡振振幅;建立了二维数值模拟分析模型,验证了数值模拟方法的准确性,并对比了2种主梁断面周围的瞬时涡量和平均流线结构。分析结果表明：2种主梁在风攻角为3°和5°时均发生竖向涡振,且出现2个涡振区,第2个涡振区主梁竖向涡振最大振幅明显大,5°风攻角时2种主梁竖向涡振振幅比3°风攻角时大75%;风攻角为5°,阻尼比为0.8%时,分离边箱开口断面主梁竖向涡振最大振幅比开口断面大28%;随着Scruton数的增大,主梁竖向涡振的最大振幅接近线性减小,相同Scruton数工况下,5°风攻角时分离边箱开口断面主梁竖向涡振振幅最大,3°风攻角时半开口断面主梁振幅最小,说明正风攻角越大,主梁断面越钝,其涡振性能越差;5°风攻角时分离开口断面更钝,引起气流更大的分离,来流风在2种主梁断面的桥面上方和主梁开口处均形成漩涡,由于斜腹板和风嘴作用,主梁开口处尺寸较大的漩涡被打碎为几个尺寸接近的较小漩涡,优化了主梁的涡振性能。     

基于目标级联分析法的车下设备悬挂参数优化设计

为改善高速列车运行舒适度和车下悬挂设备的振动水平,建立了车辆-设备系统垂向动力学模型,推导了车辆系统振动加速度频率响应函数;结合轨道不平顺激励谱函数计算了车下悬挂设备振动加速度均方根,联合人体舒适度加权滤波函数计算了车体振动参考点的垂向舒适度指标;引入目标级联分析(ATC)法逐层分解车辆-设备系统振动指标,构建了车辆-设备系统两层指标分解数学模型,采用指数罚函数策略协调两层振动指标之间的耦合问题;提出了以车辆运行舒适度和车下悬挂设备振动加速度为指标的多目标优化方法,建立了以车下设备悬挂刚度和阻尼为设计变量的优化模型;联合车下设备悬挂参数动力吸振器(DVA)设计法对比探讨了ATC法在复杂车辆系统参数优化设计中的应用效果。分析结果表明：与DVA设计法相比,ATC法优化后车辆中部舒适度在300 km·h^-1工况下提高了8.5%,设备振动水平减小了约20%;在全速域区间,ATC法对车体中部的振动衰减是DVA设计法的2倍,且对设备的振动衰减比DVA设计法大4.5 dB;与优化前相比,ATC法优化后车辆中部舒适度指标最大提升了15%,设备振动加速度减小了0.18 m·s^-2。由此可见,ATC法可以运用于复杂轨道车辆结构参数优化设计中,能有效改善车辆系统的振动水平,也可为车下设备悬挂参数优化设计提供指导。     

超深振捣条件下混凝土墙体模板侧压力的简化计算方法

超深振捣对混凝土成品质量有害无益,研究超深振捣引起模板侧压力增大的规律,可为规避其害提供依据。为此设计4个混凝土墙体试件,实测在浇筑过程中模板侧压力的变化情况。基于振捣液化和液体压力平衡理论,建立了超深振捣情况下混凝土模板侧压力计算模型,推导了计算公式,并与实验数据进行对比验证。研究结果表明,振捣深度是影响混凝土墙体模板侧压力的重要因素,本文提出的计算模型能很好地预测墙体结构超深振捣位置的模板侧压力。     

基于基准有限元模型的箱梁TMD振动控制研究

针对高架桥梁结构引起的振动噪声问题,研究TMD控制箱梁结构振动的特性。为了获得精准的箱梁有限元模型,首先以铁路32 m简支箱梁桥为原型,按10:1的几何相似比设计制作简支箱梁缩尺试验模型,应用ANSYS软件建立初始动力有限元模型;对有限元模型模态分析与试验模型模态测试得到的自由模态信息进行误差分析,并采用基于灵敏度分析的模型修正技术对初始动力有限元模型弹性模量和密度进行修正,得到基准有限元模型,误差确认结果显示修正后的有限元模型更精准地反应箱梁的振动特性;进一步利用基准有限元模型,开展TMD控制简支箱梁桥振动的研究,研究结果表明TMD对于抑制桥梁竖向共振有很好的效果。     

Layout optimization of an inertial energy harvester for miniature underwater mooring platforms

Comprehensive analyses of the layout influence on power performance of a low-frequency miniature horizontal-pendulum-type inertial energy harvester for underwater mooring platforms are presented in this article. The mathematical models are obtained utilizing the Newton-Euler method. The power performance is evaluated by simulations over different parameters, such as damping, excitation frequency, and layout position. Simulation results indicate that the harvester can extract energy from low-frequency excitations over the range of 0.1 Hz–0.4 Hz, and maximum output power can reach to 0.7 W under excitation frequency f = 0.4 Hz. Different layout positions influence the energy harvesting performance of the harvester dramatically. Changing the layout position to positive value can enhance and broaden the power performance. The amplitude responses with different layout positions do not show resonant characteristics, even near the natural frequency of the harvester, due to large amplitude vibrations and strong nonlinear characteristic. As excitation frequency f = 0.4 Hz, there is a zero output power point appears at layout position d = −1.3 m. Moreover, the harnessed power has a quadratic relationship with the layout position value.     

频繁爆破下隧道内振动传播的数值研究

为揭示频繁爆破下隧道内振动传播衰减规律,文章以蒙华铁路段家坪隧道为工程背景,利用LS-DY NA建立了三维隧道模型,模拟分析了多次爆破下隧道内近区和中远区的振动传播规律。结果表明,质点垂向峰值振速随距离和爆破次数的增大而减小,少数振速有增大的现象;近区振动衰减较快,中远区振动衰减比近区缓慢;中远区a值比近区至少小12.5%,但整体上二者的a值随爆破作用次数的增加呈缓慢上升趋势;系数K随爆破作用次数的增加而降低,近区K值降低速率普遍大于中远区,且近区K值比中远区至少大29.1%;频繁爆破下,中远区比近区较符合萨道夫斯基经验公式。     

水中悬浮隧道交通荷载模拟方法研究

为研究水中悬浮隧道交通荷载的合理模拟方法以及交通荷载对隧道结构的影响,借鉴铁路、公路交通荷载的模拟方法,综合考虑车辆轮载、路面不平度、行车速度以及外部激励荷载等影响因素的共同作用,提出水中悬浮隧道交通荷载的模拟表达式。通过数值模拟计算,分析悬浮隧道交通荷载的变化特征,并研究不同交通荷载模拟方法对悬浮隧道结构振动位移响应的影响。结果表明:文章提出的交通荷载模拟方法计算结果符合移动振动荷载的波动性和周期性特征。在对结构振动位移响应影响方面,固定均布荷载相当于静载,移动集中荷载和移动振动荷载时的位移变化幅值相对固定均布荷载时的大且影响相似,但移动振动荷载时的振幅稍大,体现了交通荷载中动荷载部分对结构振动位移响应的影响,更适合用来模拟悬浮隧道中的交通荷载。     

Singular perturbation composite control of a free-floating flexible dual-arm space robot

The Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot is a highly nonlinear and coupled dynamics system. In this paper, the dynamic model is derived of a Free-floating Flexible Dual-arm Space Robot holding a rigid payload. Furthermore, according to the singular perturbation method, the system is separated into a slow subsystem representing rigid body motion of the robot and a fast subsystem representing the flexible link dynamics. For the slow subsystem, based on the second method of Lyapunov, using simple quantitative bounds on the model uncertainties, a robust tracking controller design is used during the trajectory tracking phase. The optimal control method is designed in the fast subsystem to guarantee the exponential stability. With the combination of the two above, the system can track the expected trajectory accurately, even though with uncertainty in model parameters, and its flexible vibration gets suppressed, too. Finally, some simulation tests have been conducted to verify the effectiveness of the proposed methods.