振动-离心复合下土工离心机的 工作模态试验分析

目的获得离心机静止及不同运行状态下的动态特性。方法通过离心机常规模态试验,采用SIMO识别方法,利用力锤产生瞬态激励,计算出激励点与响应点之间的频响函数,通过模态拟合,得到结构的模态参数(频率、阻尼和振型)。进行离心机工作模态试验,测量结构响应并经放大变换,选择2个以上参考点进行互谱分析,获得工作模态参数。结果离心机静止时前两阶模态为绕y轴和绕x轴偏摆,频率分别为3.23、9.94 Hz,本身一阶弯曲频率为11.17 Hz。不同转动加速度下,离心机一阶工作频率为转动频率;二阶工作模态振型为绕y轴偏摆,频率随着转速的升高而增大。结论通过模态试验分析,获得了该离心机静止及不同运行状态下的模态参数,可为有限元模型修正、结构设计及优化提供参考。     

响应面法对PBGA封装元器件的有限元模型修正

目的利用特殊设计夹具来模仿PCB板的典型插入式固定方式,通过响应面法对安装有PBGA的菊花链PCB板有限元模型进行修正。方法有限元模型经过三次响应面修正,每一个修正阶段都计算仿真前三阶频率与相对应的模态试验结果相对比,建立两个目标函数,并利用多目标遗传算法来缩小仿真分析与模态试验结果。结果有限元模型得到了有效的改善。结论响应面法可以从实际出发来提升有限元模型准确度。     

冷轧变形热及温升研究

推导了冷轧变形热计算公式及变形热所引起的轧件温升计算公式,并应用所推导出的公式计算了铝箔轧制时的温升。采用了刚粘塑性材料模型,考虑了温升所引起的软化效应。     

基于三维动力学模型及试验数据重用技术的全箭模态分析

目的在运载火箭设计过程中,获得精确的全箭模态数据,为火箭总体设计提供关键输入参数。方法针对全箭动特性数据的高效高精度获取问题,提出并实践基于三维动力学模型和试验数据重用相结合的模态参数获取方法,包括高精度全箭三维动力学模型建模技术、数据重用技术、多状态模型修正技术、模型综合技术。结果解决了界面连接刚度未知条件下的全箭模态精确预示难题。在设计阶段给出了高精度的动特性数据,分析结果与靶场试验结果比对,一阶弯曲频率误差在2%以内,斜率误差在4%以内,分析结果通过了靶场竖立模态试验验证,最后进一步通过型号首飞成功验证。结论靶场竖立模态试验验证和型号首飞成功验证说明提出的获取全箭动特性参数方法高效可靠。     

基于舵面振荡激励试飞的飞机动特性识别与修正

目的通过试飞的方法,识别飞机的动态特性,包括模态频率、舵面效率、阻尼等,用以修正飞机的动响应分析模型。方法舵面振荡虽然是电传操纵飞机的一种故障情况,但是可以主动地应用于试飞,作为频域激励施加于飞机上,获得飞行状态下飞机的频响特性。通过对比试飞数据和模型分析结果,识别并修正动响应模型的模态频率、舵面效率、阻尼等参数,来建立更接近实际飞机的动响应分析模型。结果舵面振荡激励试飞数据与动响应模型振荡分析的结果在趋势上较为一致,通过对动响应模型参数的识别和修正,提高了动响应模型的准确度。结论舵面振荡激励作为一种频域激励,是飞机地面共振试验(GVT)的补充和发展,可便捷地应用于飞机的试飞试验,从而识别和修正动响应分析模型。     

飞行器在气动噪声作用下的振动环境预示方法

采用MSC.NASTRAN对某飞行器进行了自由-自由状态下的模态分析和气动噪声作用下的随机振动响应分析,并且与模态试验和噪声试验结果作了比较,验证了使用三维有限元模型进行振动环境预示方法的有效性.     

捷联惯导减振系统的耦合振动研究

目的研究耦合振动对捷联减振系统的影响。方法建立惯导减振系统动力学模型,并在有限元分析软件中对系统进行模态分析,然后通过扫频试验对比有无偏心情况下的响应。结果安装中心与弹性中心的不重合是导致线振动和角振动耦合的原因。结论对工程中减振器的安装提出了3个方面的要求,尽量保证弹性主轴与惯性主轴重合,避免偏心;增大安装半径,提高角振动与线振动频率比值;增加轴套等定位设备,增加寿命和精度。     

管-土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析

为了分析北京地区粉质黏土场地中管-土相互作用土弹簧模型参数,进行了一系列管土相互作用试验。由于人力、经费、场地等原因,模型箱尺寸无法取到无限大,模型箱的尺寸效应有可能使试验数据出现一定偏差。为了检验已开展模型试验结果的可靠性,基于ABAQUS有限元软件进行了数值仿真,探讨了土体的破坏模式,研究了管-土相互作用试验的尺寸效应,并得到如下结论:土体破坏模式可分为深埋和浅埋两种破坏模式;模型箱下方和后方边界对试验结果影响较小,当深径比大于6时,前方边界开始对试验结果产生影响。最后,分析和修正了试验结果并对类似试验中的模型箱尺寸选取给出了建议。     

高效纤维滤料过滤纳米颗粒物时的反弹效应

经典过滤理论未考虑纳米颗粒物在纤维表面反弹并降低过滤效率的可能性. 选择不同等级的HEPA(高效空气过滤)玻璃纤维滤料,使用SMPS(扫描电迁移率粒度分析仪)测量粒径在10~500 nm内3种颗粒物——直角立方体MgO、圆角立方体NaCl和球形PSL(聚苯乙烯)固体颗粒的过滤效率,通过比较不同滤料状态下过滤效率的差别分析反弹效应的影响. 结果表明:①硅油熏蒸法制备的湿态滤料可以模拟过滤的理想状态. ②过滤时颗粒物反弹效应大小与其自然运动规律有关,NaCl颗粒的反弹率约为MgO颗粒的66.7%,PSL颗粒的反弹率比非球形颗粒小一个数量级左右. ③颗粒物反弹率也受到滤速的影响,在1.0~5.3 cm/s滤速范围内,反弹率与滤速成正比;滤速在5.3 cm/s时颗粒物的最大反弹率在0.363%~2.667%之间,不同颗粒物的最大反弹率不同,但最大反弹粒径相差不大. ④可以将干态滤料在5.3 cm/s滤速下对MgO颗粒的过滤作为HEPA滤料反弹效应试验的计算基准,根据形状参数(S)和过滤介质透过率的动力学模型对其他滤速和形状的颗粒物反弹率进行修定. ⑤反弹效应对透过率的影响较大,在MPPS(最易透过粒径)附近,非球形颗粒反弹效应对实际透过率的贡献可达30%~40%. 研究表明,HEPA过滤需要考虑颗粒物反弹效应对过滤效率的影响.      

基于ANSYS的裂隙岩体全充填介质膨胀效应的数值模拟

依据采矿区裂隙岩体中存在的具有鲜明水理性质的膨胀性充填物,应用有限元分析软件ANSYS对裂隙全充填的岩体进行了数值模拟计算,重点探讨了膨胀性充填介质对裂隙岩体位移、应力场的影响。结果表明:裂隙充填物的膨胀效应增大了裂隙岩体各应力的分量,因此当计算的裂隙岩体应力呈非线性分布时,应综合考虑裂隙充填物吸水膨胀效应,否则计算结果将偏于不安全;导致裂隙扩展的楔切效应显著,但裂隙岩体未受到拉张和剪切破坏。通过将模拟结果与实测结果进行对比分析,验证了该模拟方法的有效性和可靠性。     

燃烧室复杂结构的热振特性研究

目的提高复杂飞行器结构在服役过程中的安全性和稳定性问题。方法以复杂结构燃烧室为例,从数值模拟和试验两方面入手,研究不同工况下结构的动力学参数随温度变化的规律。结果随着温度的升高,模态频率呈下降趋势,模态阻尼呈升高、下降再升高的趋势,加热对结构的模态振型无影响。结论对于自由-自由状态的燃烧室结构,在加热的过程中,影响模态频率下降的主要因素是弹性模量的变化,热应力和几何非线性的变化可以不考虑。同时通过开展燃烧室结构的自由-自由状态热模态试验验证了数值模拟方法的正确性。     

金属基体复合材料圆锥壳的材料参数识别及动力学敏感性研究

目的 研究以金属作为基体的碳酚醛复合材料圆锥壳的动力学特性,基于模态实验建立复合材料参数优化识别方法。方法 通过建立金属基体复合材料圆锥壳结构的动力学模型,表征各层材料参数对结构动力学特性的影响。开展典型铝合金-环氧胶-碳酚醛圆锥壳自由模态实验,在模态实验结果基础上,采用数值仿真开展复合材料参数识别,并采用响应面优化法研究获得材料参数的全局最优解。最后,开展结构模态对复合材料参数的敏感性分析。结果 基于拉丁超立方抽样和多项式代理模型,建立了多层复合圆锥壳的高效代理模型。对于[0, 90]S铺层的复合材料圆锥壳结构,前5组模态频率参数对E11最敏感,对v23最不敏感,剪切模量的影响介于拉伸模量及泊松比之间。结论 建立了针对各向同性-正交各向异性材料组合的多层复合圆锥壳结构的动力学模型及参数识别方法,可为结构动力学设计提供参考。     

某车载油箱在随机振动环境下的疲劳寿命研究

目的 针对某车载油箱高周疲劳寿命难以预测问题,研究该设备在随机载荷环境下的疲劳寿命。方法 首先通过模态试验得到油箱固有频率及振型,然后利用Solidworks建立该车载油箱的仿真模型,在ANSYS Workbench软件中进行模态分析、随机振动分析、谐响应分析。最后利用ANSYS Workbench软件中的nCode SN Vibration (DesignLife)模块,在随机振动疲劳寿命频域分析法基础上,通过nCode模块中的Narrowband法进行油箱在多个加速度功率谱密度下的疲劳寿命研究。结果 该油箱在约束模态试验和仿真分析下所表现的动力学特性基本相同,油箱纵向为振动严酷方向。在已知加速度功率谱密度下,油箱疲劳寿命随低阶固有频率处功率谱密度幅值的增加而降低,但油箱薄弱部位始终保持不变。结论 建立的仿真模型准确,可为油箱优化设计及后续油箱疲劳试验提供参考。     

超重力模拟试验离心机振动特性的回归分析

目的 研究试验离心机轴承座以及主轴振动随运行工况的变化规律,实现不同工况下离心机振动的预测。方法 通过试验方法分别获取不同工况下超重力模拟试验离心机的轴承座以及轴振数据。建立试验离心机的单自由度动力学模型,基于该模型,对不同工况下离心机基座振动加速度以及主轴振动位移进行回归分析。结果 离心机轴承座以及主轴振动基频均随着转速以及不平衡量的增大而增大。回归模型对轴承座以及机室基频振动数据的回决定系数均在0.9以上,对中导以及上导主轴振动位移的回归决定系数在0.7左右,对下导主轴振动位移决定系数小于0.1。结论 回归模型可以很好地解释和预测轴承座以及机室振动基频随着转速和不平衡量的变化规律,可以部分预测中导以及上导处主轴振动位移随运行工况的变化。该分析结果为大型试验离心机振动监测系统的设计以及振动特性的预测提供了参考。     

剪切模型箱在离心振动复合环境下的动力学响应分析

目的研究剪切模型箱在复合环境下的动力学响应规律。方法针对叠层式剪切模型箱的结构特点,建立考虑层间滑动的动力学模型。通过对离心机在工作状态下的动力学特性进行模拟,结合设计指标,对剪切模型箱进行离心振动复合环境下的响应分析。结果得到了剪切模型箱的激励力谱,以及模型箱在不同过载及振动环境状态下的固有特性。结论离心工作环境下,模型箱固有频率变低。离心载荷是影响模型箱强度设计的主要因素。     

火箭发动机贮箱振动特性分析

为了研究某发动机充液和空载2种工况下贮箱的振动特性,利用流固耦合理论计算了2种工况下贮箱的模态和频率响应。结果表明：在充液工况下,各阶湿模态频率是空载时候干模态的0．5倍;在5—800Hz的激振条件下,空载工况下贮箱在第4阶模态处与外界振动激励发生共振;充液工况下贮箱在第3阶模态处与外界振动激励发生共振,空载状态下贮箱的频率响应的位移最大值为1×10mm,充液状态下贮箱频率响应的位移最大值为1×10^-57mm;充液使贮箱振幅减小,但使贮箱更容易与外界发生共振。     

振动离心复合环境下结构响应试验研究

目的研究振动离心试验系统复合功能下的振动台体、吊篮连接装置、离心机机臂端头及机臂中部的结构振动响应特性及传递规律。方法根据复合振动激振系统在不同工况下,测量离心机机臂、连接装置等部位的加速度响应,以振动台体为基准,计算被测部位相对于台体的振动加速度传递比。结果在振动离心复合功能运行时,振动响应沿台体、吊篮连接装置、机臂端头到机臂中部逐级衰减,机臂中部处振动响应最小,响应传递比呈衰减规律;振动复合试验中机臂沿径向传递比为2.3%、沿切向传递比为2.6%;在正弦拍波试验中,机臂沿垂向传递比为2.3%,沿切向传递比为3.1%,传递比随拍波频率增大而变化;地震波试验中机臂沿垂向传递比为9.4%,切向传递比为2.9%。结论通过试验分析得到振动离心复合下离心机结构连接装置、机臂等位置的振动响应和传递规律,结果可为大型复杂离心机结构设计及模型修改等提供数据支持。