基于声辐射模态获取振动结构体积速度和能量分布

控制振动板结构的体积速度是降低结构总声功率和振动能量的一种有效策略。在中低频时,体积速度与第一阶声辐射模态伴随系数近似成正比。在振动平板上测量少数点振动速度分布,利用声辐射模态正交性质,通过求解欠定方程组,得到所需要的声辐射模态伴随系数,从而得到体积速度和振动能量。数值分析表明,得到的体积速度和振动能量与理论值一致,并且利用上述方法可设计一套结构简单、操作性较强的控制系统。     

利用辐射模态计算振动结构辐射声功率

在时域里运用辐射模态方法给出振动结构辐射声功率的计算公式,由于这些辐射模态能独立地辐射声功率,结构辐射的声功率可以表示为这些模态辐射声功率的线性叠加;特别是结构辐射声功率主要由第一阶辐射模态的声功率所决定,这使得计算声功率得以简化;通过拉格朗日中值定理分析了影响结构辐射声功率计算精度的因素;在此基础上,运用辐射模态进行振动结构辐射声功率的数值计算,并分别对影响计算精度的因素和计算结果进行了讨论分析。     

考虑时域硬约束的车辆主动悬架H∞控制

提出了考虑时域硬约束条件的车辆主动悬架H∞输出反馈控制器设计方法.基于线性矩阵不等式处理方法,提出并证明了该控制器存在的充分条件.以提高车辆乘坐舒适性为目标,取车身垂直加速度响应为控制输出向量,悬架动挠度、车轮动静载荷比响应和所需控制力为约束输出向量,基于1/4车辆模型进行了主动悬架设计.仿真结果表明,即使车辆模型参数存在一定程度的不确定性,提出的控制策略在提高车辆乘坐舒适性的同时,能很好地兼顾车辆的其他性能要求.     

四轮转向车辆H2/H∞混合鲁棒控制与仿真

建立包括车辆侧倾和车轮转动在内的四轮转向车辆不确定模型,采用主动控制转向系转角和独立控制车轮所受制动力矩的控制策略,运用基于LMI方法的H2/H∞混合鲁棒控制理论对车辆四轮转向系统进行了综合控制设计,并与H∞控制、H2控制进行对比.仿真结果表明,采用H2/∞混合鲁棒控制的系统不仅对系统不确定性具有鲁棒稳定性,而且对外界干扰具有较好的抑制能力,很好地改善了系统的动态性能.     

车辆悬架的分层预测控制及仿真

提出了一种可以在不依赖悬架质量分配系数的前提下,将一个4自由度车辆悬架看作是两个2自由度悬架组合的分层建模预测控制方法。在该方法中,悬架前后轮系均看作是相互独立的底层2自由度系统,推导出协调底层关系的上层关联动力学方程,结合轴距预测和H∞控制方法,以簧载质量质心处的垂直加速度和俯仰加速度为上层控制目标进行协调,得到所需的控制力。仿真计算结果表明,该方法在线计算量少,前后轮系易于采用不同的控制策略以提高控制效果,同时该方法对于多轮系车辆的振动控制也提供了一个新的思路。     

叶片出口边侧斜对船用离心泵外辐射噪声的影响

以125CLLA-13型船用离心泵为研究对象,分析叶片出口边侧斜对船用离心泵外辐射噪声的影响.首先对出口边非侧斜和侧斜2种叶轮模型泵进行了全流场瞬态数值计算,提取蜗壳及泄漏流道壁面脉动激励作为载荷,对原模型泵进行基于模态响应的振动计算,并试验验证了振动噪声数值预测的可行性.进一步以提取的载荷对2种叶轮模型泵进行了基于声振耦合的外辐射噪声计算,结果表明:相同工况下2种叶片出口方式模型泵声功率频谱变化趋势基本一致,侧斜出口模型泵声功率级明显低于非侧斜出口模型泵声功率级LW,声功率级均在叶频(BPF)处最大,且叶频处声功率级在设计工况下最小,在小流量工况下最大;离心泵外辐射噪声分布具有一定偶极性和指向性,各工况下侧斜出口模型泵指向性声压整体较非侧斜模型泵有所减小,设计工况下指向性声压最小,小流量工况下指向性声压最大,从降噪角度考虑,侧斜出口方式优于非侧斜出口方式.该研究可为船用离心泵减振降噪设计提供参考.     

刚度和阻尼系数对LQG控制主动悬架控制的影响分析

分别基于半车4自由度线性与非线性车辆模型,设计了主动悬架LQG控制器,并通过理论推导和数值仿真解析了刚度和阻尼系数对悬架控制的影响。线性模型理论推导表明,LQG控制主动悬架系统的Ricatti方程的解与刚度和阻尼系数无关,进而得出了该主动悬架的时域响应与刚度和阻尼系数无关的结论。线性模型数值仿真表明,由刚度和阻尼系数产生的被动力与主动控制力组成的整体控制力相互独立且不受刚度和阻尼系数的影响;主动控制力的全局阻尼特性随着其并联阻尼的增加而明显由正特性转变为负特性。针对通用的非线性车辆模型,通过控制系统线性化、线性化后控制系统LQG控制器设计及控制反线性化这3个环节完成非线性主动悬架的LQG控制设计。设计过程表明,非线性刚度和阻尼系数的力作用在控制系统线性化和控制反线性化中被抵消,使得悬架的整体控制力不受此两系数的影响,说明以上线性主动悬架的研究结论也适用于具有非线性刚度和阻尼特性的主动悬架。     

基于变速箱体振动特性的阻尼层拓扑优化设计

铺设阻尼层是目前降低车辆振动和辐射噪声的有效方法,本文基于阻尼层的铺设进而研究其对变速箱振动和噪声的影响。首先,通过对液力机械无极变速箱箱体有限元模型进行模态频率响应分析,获取变速箱前5阶振动峰值频率。然后以最小结构模态应变能为优化目标,采用拓扑优化方法获取到一个满足最小峰值响应的最佳阻尼分布情况。通过优化前后的结构性能对比,优化后箱体上阻尼层铺设面积为可用面积的30%,箱体的前5阶固有频率提高2%～10%,其中2阶固有频率从575.33 Hz提升至596.25 Hz,合理地错开共振频率且节省阻尼材料。本优化设计思路对于合理使用阻尼材料降低机械结构的振动频率具有一定的参考作用。     

基于模态贡献量的驾驶室振动噪声控制

为研究耦合结构模态振动对驾驶员耳旁噪声影响,建立拖拉机驾驶室声-固耦合模型,结合边界元和模态声学贡献量法,得到对驾驶员耳旁位置峰值频率噪声贡献最大模态阶次,针对相应振型对驾驶室改进处理。对分析结果中振型最大的驾驶室右门和前挡风玻璃进行加厚处理,对右挡板振动位置进行加强筋处理,有效降低驾驶员耳旁峰值噪声和总声压级,提高驾驶室噪声水平。     

汽车悬架控制臂的模态分析

为了使汽车悬架控制臂具有更合理的结构和稳定的动态特性,在模态分析的理论基础上,应用CATIA软件建立了控制臂的三维模型,并将控制臂模型导入ANSYS分析软件中,对其进行了有限元模态分析,获得了汽车悬架控制臂前6阶的固有频率和振型,通过对前6阶模态固有振型的匹配分析,找出了汽车悬架控制臂振动的薄弱环节,为汽车悬架控制臂的进一步优化设计提供了一定的理论依据。     

面向微耕机减振的扶手模态分析

为了降低西南地区广泛应用的微耕机扶手处的振动,得到扶手的振动特性至关重要。为此,在UG中建立了扶手的三维模型,应用ANSYS软件和LMS test.lab系统分析了扶手的自由模态和试验模态,分别得到了扶手前6阶固有频率及振型,通过对比可知两者振型一致,频率的平均相对误差为4.24%,仿真结果的精度满足要求。进而,分析了扶手的约束模态,得到了其前6阶模态值,前4阶频率分别为13.02、17.22、28.57、77.88Hz;1阶振型是Y轴的横向振动,2阶振型是Z轴的上下振动,3阶固有频率处发生了扭转振动,4阶振型是Z轴的弯曲振动;各阶振型在扶手与人手接触处的位移量最大。     

新型SRV摩托车车架动态特性分析

以一新型运动型多功能休闲摩托车车架为研究对象,采用有限元模态分析的方法,对车架振动模态进行了分析.得出了车架前十阶重要模态的固有频率和振型,并指出了路面不平度以及发动机往复惯性力激励对车架振动的影响.分析表明:路面不平度不会引发车架共振;发动机标定功率下的二阶惯性力频率与车架的一阶固有频率相等,将激起车架的一阶模态共振.根据分析结果对车架结构进行优化,改善了车架动态特性.     

基于Virtual.Lab的某驾驶室声场特性分析

根据某驾驶室的结构有限元模型,建立了该轻卡室内声腔边界元分析模型。基于模态分析理论,获得了驾驶室白车身前十阶模态频率和振型,并多次与模态试验结果进行对比,修正并确定后续分析采用的模型。以Hypermesh结构频率响应分析结果作为室内声场分析的边界条件,利用Virtual.Lab软件计算出驾驶员和乘客耳部的声压级、车身板件振动声学贡献量。基于此提出了降低该车车内噪声的车身改进意见,而这一结论可用来改进车身系统的声学设计。     

离心泵作透平壳体模态分析

离心泵反转作透平是一种回收液体余压能的理想方法,泵壳的模态分析对泵作透平的振动性能至关重要.为了掌握泵作透平下,壳体模态对振动激发噪声辐射规律的影响,验证泵壳有限元模型的准确性,针对离心泵泵壳结构特点设计并搭建了模态试验台,采用捶击法对泵壳进行了试验模态分析,对离心泵壳体进行三维建模与有限元分析,进行试验与数值分析结果的对比.结果表明:壳体各阶模态均为独立模态,且相互正交,可认为试验模态识别精度得到检验,试验模态结果具有较高的可信度.建立的有限元模型能够较好地反映实际结构的动态特性,可用于基于模态求解的振动辐射噪声特性分析.     

基于Ansys Workbench的汽车传动轴参数建模及振动特性分析

本研究根据汽车传动轴结构特点和CATIA建模技术,建立了传动轴总成的三维数字化模型,应用有限元方法在Ansys Workbench平台完成了传动轴主轴的振动分析,得到自由模态与约束模态下前12阶的固有频率及最大位移。分析结果表明:传动轴主轴前8阶中间段易发生弯曲变形,8阶后易发生波浪式变形,传动轴的有限元模态分析结果可为传动轴的设计、振动及噪声方面的研究提供理论依据;约束模态能反映实际传动的动态特性,且低阶振型对结构的影响最大,在设计和传动工作过程中要避开这些频率,以免发生共振带来结构损伤。     

高地隙喷雾机主动空气悬架减振控制与实验

高地隙自走式喷雾机在接近于系统固有频率的地面条件下工作时,由于车身重心高、喷杆质量大且展开后较长,导致工作时车身与喷杆大幅剧烈摆动,影响作业质量甚至危及安全。针对此,本文提出适时开启的主动空气悬架减振方案。方案实施过程中,一方面需要解决空气弹簧充放气过程中的非线性控制问题,另一方面则需面对车身加速度与位移多变量同时控制以及最大控制力和悬架行程受限的传统问题。为此,制定了一种空气悬架H∞状态反馈与时频非线性联合减振控制策略。首先求解系统在约束条件下的H∞状态反馈控制器增益,基于此控制器可计算系统在地面扰动下的空气弹簧所应实施的目标压力;然后设计时频非线性控制器,依靠该控制器实时调节比例电磁阀开度进而控制空气弹簧压力使其跟随目标。基于室内台架实验,在模拟地面条件接近于系统固有频率以及田间随机路面激励两种工况下,对所提策略进行了验证。结果表明,系统在一阶共振频率的激励下,被动悬架簧载质量最大加速度达8.5 m/s2左右,半主动悬架的最大加速度约为7 m/s2,而主动空气悬架的最大加速度降低至2.5 m/s2,并在主动控制过程中,悬架位移始终保持在限制范围内,激振结束后悬架位移逐渐恢复至零初始位置;在随机田间路面激励工况下,主动控制悬架的车身加速度亦显著降低,证明了主动减振方案的有效性。     

基于模态规划法的履带拖拉机车架振动分析与优化

为优化拖拉机车架振动参数,改善驾驶舒适性,本文基于模态规划法对履带拖拉机车架进行振动分析与优化。现场测试了履带拖拉机田间行驶工况下车架X、Y、Z方向的时域振动参数,采用傅里叶分析法获取振动的线性自功率谱参数,数据表明加速度峰值对应频率为8.125 Hz、21.25 Hz、42.5 Hz和85.625 Hz。建立车架有限元模型并进行模态求解,第2阶固有频率23.98 Hz、第4阶固有频率85.00 Hz与振动激励峰值频率之间的差值均小于3 Hz。采用模态规划法和响应面法优化车架模态参数,获取了各个因素对目标参数的影响规律,当两根支撑梁之间间距、支撑梁壁厚、支撑梁边长分别为149.90 mm, 5.01 mm和65.00 mm时,第2阶和第4阶模态频率最优。通过有限元仿真对最优解进行验证,仿真结果表明,第2阶固有频率和第4阶固有频率分别为48.53 Hz和89.97 Hz,对应的误差率分别是1.99%和1.03%,具有较好的优化效果。本文的研究方法和结论可推广至其他农业机械的振动优化分析。     

平面3-RRR柔性并联机器人残余振动主动控制

对平面3-RRR柔性并联机器人残余振动主动控制问题进行了研究.基于有限元法和拉格朗日方程,建立了带压电陶瓷制动器和传感器的智能梁单元的运动方程.考虑刚体运动和弹性变形运动的约束关系,通过组装,形成了3-RRR柔性并联机器人系统的运动学方程,基于模态理论把物理空间下描述的高阶运动方程变换到模态空间下的低阶模态方程.根据导出的低阶模态方程,设计了应变速度反馈控制器和最优状态反馈控制器,数值仿真结果表明:两种控制器都能有效地抑制系统的残余振动.同时,相对于应变速度反馈控制,最优状态反馈控制能以更低的控制输入电压取得更好的控制效果.     

挖坑机扭转振动特征对的动力学分析

为避免挖坑机传动系统因扭转振动导致强度不足,在对W-60型挖坑机的非链状结构进行链状简化的基础上,用动力分析与动态设计方法,建立了系统的动力学模型,求得了系统的前5阶固有频率和对应的主振型,从而获知系统以第2和第4阶模态振动时,机器零件易发生非正常失效。     

基于变密度法的约束阻尼结构拓扑优化研究

约束阻尼结构拓扑优化是轻量化设计要求下实现噪声与振动控制的关键技术。采用有限元方法建立约束阻尼结构的动力学有限元模型。基于实体各向同性材料惩罚(SIMP)插值方法,以模态损耗因子最大化为目标,约束阻尼材料用量为约束,构建约束阻尼结构的拓扑优化模型。利用伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,通过优化准则法对优化模型进行求解。数值结果表明:优化后约束阻尼板结构的模态损耗因子提高比基本在50%以上,且振动振幅值有明显抑制。