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振动激励下的封闭通道流动传热特性实验研究

热科学与技术 2020年第3期19卷 220-225页

作者：傅佳宏肖奔张宇刘震涛张旭方浙江大学城市学院工程学院浙江杭州310015 浙江大学能源工程学院动力机械及车辆工程研究所浙江杭州310027

为了对振动激励下的自然对流换热规律进行深入的理论与试验分析,搭建电动振动传热试验平台与并行式数据采集系统,测量封闭通道在不同振动激励下的温度瞬态变化特性。研究发现:随着受迫振动频率的增加,振动激励可以将自然对流强化为混合... 详细信息

为了对振动激励下的自然对流换热规律进行深入的理论与试验分析,搭建电动振动传热试验平台与并行式数据采集系统,测量封闭通道在不同振动激励下的温度瞬态变化特性。研究发现:随着受迫振动频率的增加,振动激励可以将自然对流强化为混合对流;当频率超过50 Hz时,自然对流的影响可以忽略。但是由于受迫振动下的流动状态依然为层流,因而对于自然对流的最大强化程度约在100%。另外,通过对混合对流状态的理论分析,得到由于受迫振动引起的封闭换热通道内部强制对流换热试验关联式。

关键词：强化换热振动激励混合对流试验分析

振动激励下十字型流动聚焦中流型演变及液滴成形研究

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振动激励下十字型流动聚焦中流型演变及液滴成形研究

作者：徐勇程广州大学

学位级别：硕士

流动聚焦结构下制备的单一微液滴或复合型微液滴、气泡、颗粒及胶囊,在医药、材料、化学、食品科学与生物科学等领域具有重要的应用背景。流动聚焦为一种典型的毛细流动现象,其原理之一为从毛细管流出的流体经过小孔形成稳定的锥射流结... 详细信息

流动聚焦结构下制备的单一微液滴或复合型微液滴、气泡、颗粒及胶囊,在医药、材料、化学、食品科学与生物科学等领域具有重要的应用背景。流动聚焦为一种典型的毛细流动现象,其原理之一为从毛细管流出的流体经过小孔形成稳定的锥射流结构,射流会在下游由于界面的不稳定而破碎形成单分散性微液滴;其原理之二为微通道内入流的流体被另外一微通道入流流体挤压断裂或界面失稳而破碎成液滴。研究者对入流相毛细管施加振动激励不仅能保证液滴物性,同时也能改善无附加场的不足,如:液滴的大小、成形频率以及复合液滴的几何结构都难以被精确控制,但前人施加振动激励的方法不能保证分散相在成形的过程中充分混合,基于此,对微通道内部施加全域振动激励来开展研究也有着其实际应用价值。(1)本文通过实验验证了无振动激励和有振动激励工况数学模型数值计算的有效性。基于此,利用数值模拟统计了无振动激励下两相不同流速比、黏度比下的分散相流型,从统计的工况中选择了不同工况下典型的七种流型:滴流、射流、脉动流、柱塞流、卫星滴流、气泡滴流和混沌流。(2)对选定的七种流型在激振方向为X和Y时的不同振动频率、振幅的工况下进行数值计算,分析了在低频振动激励(30Hz、160μm)下流型演变过程;接着对此工况数值计算结果从速度云图和统计的不同时刻下特定区域速度曲线得到液滴断裂成形、未断裂分散相流型的速度变化;进一步的研究了高频振动激励工况(480Hz、160μm)下十字型流动聚焦中液滴断裂成形过程,从惯性力与黏性力相对大小的角度对振动工况下成形液滴的过程进行了分析,以上对不同工况下的数值结果从量化的角度进行分析,对理解不同流型在振动激励工况下的演变过程提供了参考。(3)统计分析了所有振动激励工况下断裂成形液滴的面积、成形液滴的分散性和单分散性液滴成形频率,统计的结果从量化的角度显示不同流型在激励工况改变时的成形液滴有效性;统计分析对工程应用中选择何种尺寸的成形液滴和工况提供了较为实用的参考。(4)对所有激励工况下的分散相流型转变与液滴断裂方式进行了数值研究,在两相黏度比不变,流型转变时两相的韦伯数(We)在大小不同时,特定流型会因为量化惯性力/黏性力大小的We改变其分散相流动状态和断裂方式会存在差异;当两相黏度比变化(分散相黏度增加),射流流型下流动状态和液滴断裂成形方式会因为分散相黏度的变化而改变毛细数(Ca),且Y激振方向下的变化情形比X激振方向多。

关键词：十字型流动聚焦流型振动激励液滴分散性流型转变

振动激励下航空发动机压气机叶片裂纹扩展研究

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振动激励下航空发动机压气机叶片裂纹扩展研究

作者：霍延利天津科技大学

学位级别：硕士

压气机叶片高速旋转为航空发动机燃烧室提供充分空气供给,保证了飞机在高空中可以安全且平稳飞行。压气机叶片在周期性气流激振力的作用下产生高频振动,容易萌生裂纹,恶劣工况环境促使裂纹进一步扩展,最终引发叶片断裂失效,断裂后的叶... 详细信息

压气机叶片高速旋转为航空发动机燃烧室提供充分空气供给,保证了飞机在高空中可以安全且平稳飞行。压气机叶片在周期性气流激振力的作用下产生高频振动,容易萌生裂纹,恶劣工况环境促使裂纹进一步扩展,最终引发叶片断裂失效,断裂后的叶片碎片会打伤相邻叶片和机匣等,从而引发更为恶劣后果,因此研究叶片裂纹扩展问题,预测分析叶片疲劳寿命,对降低飞机安全事故风险及保证飞行安全具有重要意义。本论文先以叶片相同材质的模拟试件为研究对象,对比进行振动疲劳试验及模拟仿真分析,验证模拟仿真方法正确性,进而利用模拟仿真研究压气机叶片在振动激励下载荷作用下的裂纹扩展及寿命预测问题。主要内容包括:进行TC4钛合金叶片模拟试件振动疲劳试验,测量了裂纹长度与疲劳寿命之间的关系,绘制出试件a-N曲线,进而通过修正割线法拟合了TC4钛合金材料裂纹扩展速率,并得到了Paris裂纹扩展寿命模型相关参数。通过光学显微镜观测裂纹断口形貌,根据断口裂纹形貌数据拟合的裂纹形貌公式能够较为准确的预测裂纹形貌及裂纹扩展寿命。基于有限元分析软件Abaqus联合Franc3D裂纹扩展模拟软件,对TC4钛合金叶片模拟试件建立有限元模型及裂纹扩展模型,施加与振动疲劳实验相同边界条件和振动激励,模拟仿真得到裂纹扩展路径、裂纹扩展形貌等结果,将模拟仿真结果与振动疲劳试验结果进行对比,验证Abaqus联合Franc3D对裂纹扩展进行模拟仿真的可行性与准确性。基于Abaqus联合Franc3D模拟仿真方法进一步地开展振动激励载荷对压气机叶片裂纹扩展影响研究。先建立压气机叶片的有限元模型和裂纹扩展模型,通过有限元模型模拟叶片在振动激励作用下的振动过程并得到应力分布规律,进而基于叶片裂纹扩展模型模拟叶片不同前缘形状(裂纹短轴尺寸/长轴尺寸)、位置和角度(与缘板面夹角)的初始裂纹的扩展过程,对比分析得到裂纹扩展模拟结果,发现叶片背部裂纹扩展速率明显快于叶片的前缘和后缘,初始裂纹前缘形状对叶片表面裂纹扩展基本无影响,但对叶片裂纹深度方向扩展存在明显影响,叶片初始裂纹面与缘板面夹角越小则裂纹扩展越快,且裂纹随着扩展会逐渐向缘板面方向偏转。研究结果为初始裂纹的位置、前缘形状和角度均会对叶片裂纹扩展与疲劳寿命产生影响,且存在明显规律。

关键词：航空发动机压气机叶片裂纹扩展寿命预测振动激励

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人行天桥在追风效应下的振动激励研究

空间结构 2013年第4期19卷 34-39,73页

作者：赵锐张毅刚北京工业大学空间结构研究中心北京100124 新疆大学建筑工程学院新疆乌鲁木齐830046 北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京100124

车辆从人行天桥下面通过时会由于气流的运动而使人行天桥产生振动,在一定条件下,这种振动对人行天桥的影响是不容忽视的,其振动激励可利用FLUENT软件进行三维瞬态分析得到.通过截取沿着车辆行进方向车辆中心所在的纵剖面可得到人行天桥... 详细信息

车辆从人行天桥下面通过时会由于气流的运动而使人行天桥产生振动,在一定条件下,这种振动对人行天桥的影响是不容忽视的,其振动激励可利用FLUENT软件进行三维瞬态分析得到.通过截取沿着车辆行进方向车辆中心所在的纵剖面可得到人行天桥振动激励的大小、峰值情况及纵向分布规律,这一规律与二维模型的分析相对比,可得出各自的适用范围.通过截取沿人行天桥桥长方向的横剖面,可得到振动激励的横向分布规律.这一结论可为进一步计算人行天桥在追风效应下的振动响应做准备.

关键词：人行天桥追风效应振动激励分布规律

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基于振动激励对双乳液滴形成的研究

基于振动激励对双乳液滴形成的研究

作者：陈玉梁广州大学

学位级别：硕士

近年来在生物、材料化学、食品安全与医学研究等领域,用高品质高通量的双乳微液滴、囊泡、胶囊具有非常广泛的应用背景。由于传统的双乳液滴的制备方法是通过混合搅拌产生的双乳液滴,但双乳液滴的均一性和分散性无法得到保证。后来许多... 详细信息

近年来在生物、材料化学、食品安全与医学研究等领域,用高品质高通量的双乳微液滴、囊泡、胶囊具有非常广泛的应用背景。由于传统的双乳液滴的制备方法是通过混合搅拌产生的双乳液滴,但双乳液滴的均一性和分散性无法得到保证。后来许多研究者发现,微流控芯片可以制备出双乳状液滴。制备出的成品具有良好的球形度、高分散性、高通量和良好的稳定性。这种新的制备双乳液滴的方法不但品质有保证而且消耗的材料比较少。最近几年来不少研究者对微流控制备法做了很多的研究,开阔了工程热物理尺度多相流学科新的研究方向与前沿研究热点。本文使用VOF(Volumeof Fluent Model)相界面跟踪方法,建立了协流式微通道的数学模型。通过Fluent(计算流体力学分析软件)模拟研究在协流式微通道中生成双乳液滴的过程。给出了两种典型(射流与滴流)的流型;分析了流动状态、不同粘度比和不同表面张力系数对双乳液滴生成方式和液滴尺寸的影响。给出了产生稳定液滴的临界范围,以及产生最佳双乳液滴工况。同时设计并制作出协流式微通道芯片,并制备观察了典型的两种形态的双乳液滴。对比了无振动产生的双乳液滴,还采用在添加激励源在三相入口处方式对双乳液滴成形的主动操控。然后,搭建了协流式微通道制备双乳液滴装置的测试平台和基于机械振动的实验平台。分析了影响振动激励下对乳化过程的主要因素,并统计对比了3种无振动激励、X方向振动、Y方向振动方式下双乳液滴的尺寸、断裂速度、分散性、均匀度和平滑度。概括起来,本文主要的研究结论如下;(1)开展了协流式微通道中双乳液滴生成的理论建模与数值模拟研究,成功找出了射流与滴流两种典型流型,建立了三相流速比、粘度比、界面张力比与所形成的双乳液滴尺寸间的定量联系。数值研究表明:滴流模式下主要的影响因素是界面张力,而射流的影响最多因素是外相的粘性力,从而使得射流尾端开始破裂成液滴这是由于打破了平衡造成Rayleigh-Plateau不稳定性的原因。因此两种模式下就具有不同的形态特征与不同的形状大小。双乳液滴比单乳液滴更复杂,两种流型之间也可以像单乳液滴一样互相转换。在滴流模式中可以增加外相的流量可以使得转化成射流,中间流体的流量改变不会液滴的生成模式有太大的影响但可以对液滴的大小有作用;改变内相对双乳液滴的流型模式和液滴的尺寸大小都没有起什么决定性作用。粘度的改变对双乳液滴有一定的作用,在一定的条件下可以使得两种流型相互转换。界面张力的变化同样对双乳液滴起着重要的作用,通过改变表面系数的大小可以对界面有所变化但不会对双乳液滴的尺寸有改变。(2)通过实验验证了无振动激励和有振动激励工况对比来验证协流式微通道数学模型数值求解的可行性。根据实验结果的有效验证出发,最后通过数值模拟方法统计了无振动激励下三相不同速度比、黏度比下可形成双乳液滴的临界范围,最后还得出了典型的两种流型模式(滴流和射流)。(3)对比上一节无振动方式,本小节探讨施加振动激励主动操作双乳液滴方式对比与前者的区别。激振为X方向(左右)和Y方向(上下)时的不同振动频率和不同振幅的工况下进行计算流体力学模拟,数值模拟分析了在振动激励下双乳液滴变化过程;然后对特定工况数值计算结果的速度云图、压力以及流线图与无振动的对比;得出了在振动方式下双乳液滴的断裂速度,求出韦伯数和毛细数接着从机理上分析对理解不同流型在振动激励工况下的演变过程提供了参考。(4)最后还统计了所有振动激励工况下能够完整成形双乳液滴的内外面积大小、成形双乳液滴的分散性、完整双乳液滴的均匀度以及双乳液滴的平滑度,最后统计结果与无振动对比从量化的角度显示激励下成形双乳液滴有效性;并通过对比分析了在工程应用中选择哪种工况会提高制备双乳液滴的高品质提供了实用的参考。本文工作较为系统的揭示了具有轴对称结构的协流式微通道中双乳生成的流动形态演化、乳化模式的转化机理,同时进一步的探讨在在振动激励下对协流式微通道中产生的双乳液滴进行研究。相关的结果可为制备双乳液滴装置的设计和优化提供有效的参数,同时也拓宽了附加场振动激励对双乳液滴生成操控技术运用的工程领域。

关键词：双乳液滴协流式微通道流型转变振动激励

基于振动激励的沥青路面压实度实时连续检测技术研究

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基于振动激励的沥青路面压实度实时连续检测技术研究

作者：徐建伟重庆交通大学

学位级别：硕士

路面压实度作为直接决定整个路面的强度和稳定性的因素,施工过程中,由于压实方式的选择不当、压实度不达标等都会造成路面出现如裂缝、沉降、松散等病害,使得大量公路在未达到设计使用寿命前就出现因压实质量问题而造成不同程度的破坏... 详细信息

路面压实度作为直接决定整个路面的强度和稳定性的因素,施工过程中,由于压实方式的选择不当、压实度不达标等都会造成路面出现如裂缝、沉降、松散等病害,使得大量公路在未达到设计使用寿命前就出现因压实质量问题而造成不同程度的破坏。又由于传统的压实度检测方法很难满足压实度质量连续检测的需求。因此,为了提高路面压实质量和压实效率,将路面压实度检测方法实时化和智能化,本文开展了基于振动激励的压实度连续实时检测方法的研究。本文依托云南省交通项目,针对压实度在路面施工中的重要意义及传统压实度检测方法明显的不足。通过分析压实度的主要影响因素,建立了“振动激励设备-沥青混合料”动力学模型并进行了仿真分析和现场实测,完成了沥青路面压实度实时连续检测系统的设计并开展了工程试验,得到以下主要结论:（1）建立了“振动激励设备-沥青混合料”动力学模型,并对三种机型在不同阻尼和随动质量下振动加速度刚度的变化关系进行了分析研究。基于Matlabsimulink编程方式进行simulink数值仿真模型的建立和仿真,得出振动轮振动加速度、速度、位移在随时间变化的响应曲线图。通过对沥青混合料刚度进行数值仿真分析,得到三种不同机型振动加速度与沥青路面刚度的变化关系趋势图。（2）通过对沥青路面阻尼参数和随动质量参数进行数值仿真分析,得出三种机型在不同阻尼下加速度刚度的变化关系趋势图,结合不同机型加速度、刚度、阻尼关系曲面图得出结论:随着阻尼的不断增大,在同一刚度下,加速度值随之减小,两者呈负相关。对不同机型随动质量参数进行数值仿真得出三种机型在不同随动质量下加速度刚度变化关系趋势图,结合不同机型加速度、刚度、随动质量关系曲面图得出结论:在同一刚度下,随动质量越小,加速度越小,两者呈正相关,可以采用振动加速度表征路面压实度。（3）基于实测环境,完成了加速度传感器数据采集仪的选取,确定了安装位置、振动加速度信号获取方法。对原始数据进行滤波处理,滤波处理后的振动加速度信号形波形曲线规律与仿真所得压路机正弦振动规律一致。根据不同周期加速度数据的标准偏差,确定了振动周期为20,每隔0.44m获取一个加速度有效值。利用传统压实度检测方法实测出路段压实度,将现场实测压实度值与采集到的加速度有效值一一对应,进行拟合后得出两者具有明显的正相关变化趋势。将仿真结果与实测结果进行对比分析,验证了仿真模型的合理性,即可以用仿真形式进行压实度振动加速度的关系研究。（4）基于振动设备压实作业现场实测的加速度信号值与现场对应位置路面压实度值,将中面层、下面层在不层厚度下压实度与加速度进行对应,分别得出了三种机型在不同面层,压实度加速度变化关系趋势图,结合加速度、压实度和厚度关系曲面图和相关数据,经数据拟合分析,分别得出三种机型在不同层厚下,加速度与压实度拟合关系式。基于实测现场温度和实测加速度信号及压实度值,将现场实测温度下的压实度与加速度进行对应,分别得出三种机型在中面层和下面层不同温度下,压实度加速度变化关系趋势图,结合压实度、加速度和温度关系曲面图和相关数据,经数据拟合分析,分别得出三种机型在不同温度下,加速度与压实度拟合关系式。（5）基于Lab VIEW对沥青路面压实度实时连续检测系统进行了设计,依托云南省交通项目试验路段,利用沥青路面压实度实时连续检测系统展开沥青路面压实度检测工程试验,通过数据差异显著性分析,对系统检测结果与现场检测结果进行误差分析,得出无显著差异,进一步验证了所设计的检测系统可实现对沥青路面压实度实时连续检测。

关键词：振动激励沥青路面压实振动加速度仿真分析压实度连续检测

基于Windows环境下的振动激励信号发生系统研究

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基于Windows环境下的振动激励信号发生系统研究

作者：徐军喜西安理工大学

学位级别：硕士

在机械振动试验中,有时需要PC机能够输出各种周期性激励信号,而且能够对采集到的信号进行同步处理。针对原有基于单片机技术、DOS系统信号发生器的不足之处,进行了基于Windows环境下的振动激励信号发生系统的研究。具体来说,本课题的主... 详细信息

在机械振动试验中,有时需要PC机能够输出各种周期性激励信号,而且能够对采集到的信号进行同步处理。针对原有基于单片机技术、DOS系统信号发生器的不足之处,进行了基于Windows环境下的振动激励信号发生系统的研究。具体来说,本课题的主要工作和研究内容如下: 在分析D/A转换器工作原理、I/O端口地址译码电路设计、计算机I/O插槽的基础上,总结D/A转换器的选择原则以及D/A转换卡的设计步骤,设计出D/A转换卡的硬件电路图。硬件电路只提供了接口工作的基础,只有在驱动程序的控制下,接口才能发挥其作用。本文使用驱动程序开发组件开发D/A转换卡的驱动程序,使D/A转换卡可以在Windows系统中正常工作,并根据集成开发环境的不同而生成不同的代码。同时,对开发的驱动程序进行分发。第三部分内容是,利用VC++开发设计D/A转换卡的控制程序,实现计算机程序控制的通用波形发生器。其中重点阐述解决了编程过程中所遇到的两个难点问题:Windows环境下访问计算机端口地址和计算机高精度延时。最后以合成正弦波为例说明了具体编程过程。由数字信号基本知识以及通用波形发生器工作原理可知,在合成信号波形时,波形存在一定程度的失真误差。为了分析这些周期信号特性,鉴定该通用波形发生器的性能,为本文所开发的通用波形发生器的应用提供性能评定参数,本文将重点讨论周期离散点数对各种波形谐波失真度的影响,并推导出正弦波、方波、三角波、锯齿波几种通用波形谐波失真度的计算公式。并对方波、三角波、锯齿波的失真度计算公式进行了修正。最后,以简支梁振动试验为例,来说明本文所开发的通用波形发生器在机械振动试验中的应用。

关键词： D/A转换卡驱动程序波形发生器谐波失真度振动激励

振动激励下基于智能算法的滚动轴承故障诊断方法

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机电设备 2023年第5期40卷 30-34页

作者：许汪歆郑建田忠殿上海船舶设备研究所上海200031

针对以往被动的定期维护和视情维护的时效性差、自动化程度不高,提出振动激励下基于智能算法的滚动轴承故障诊断方法。将振动信号以时域和频域的形式表现,用时频图展现其特征;提取振动激励下滚动轴承的时域特征参数;通过数据样本分布的... 详细信息

针对以往被动的定期维护和视情维护的时效性差、自动化程度不高,提出振动激励下基于智能算法的滚动轴承故障诊断方法。将振动信号以时域和频域的形式表现,用时频图展现其特征;提取振动激励下滚动轴承的时域特征参数;通过数据样本分布的紧密程度确定类别划分,并通过智能算法识别滚动轴承故障。所提方法的可行性和有效性已在振动激励下通过不同故障程度的滚动轴承诊断试验得到证明。

关键词：振动激励滚动轴承密度聚类故障诊断吊舱推进器

基于振动激励的高速列车齿轮箱可靠性试验系统研究

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基于振动激励的高速列车齿轮箱可靠性试验系统研究

作者：张雪平吉林大学

学位级别：硕士

齿轮箱是高速列车传动系统的核心部件,其安全可靠性能直接关系着整个列车的正常运行。伴随着高铁行业的迅猛发展,齿轮箱国产化步伐逐渐加快,齿轮箱性能的研究也受到了越来越多的关注。线路试验周期长、成本高、安全性和可行性低,仿真分... 详细信息

齿轮箱是高速列车传动系统的核心部件,其安全可靠性能直接关系着整个列车的正常运行。伴随着高铁行业的迅猛发展,齿轮箱国产化步伐逐渐加快,齿轮箱性能的研究也受到了越来越多的关注。线路试验周期长、成本高、安全性和可行性低,仿真分析又无法反映齿轮箱真实性能,而室内台架试验可模拟齿轮箱实际服役工况,更为快速精确地检测其性能并获得具备研究价值的数据基础。列车运行时,齿轮箱不仅高速重载运转,还承受着由于轮轨关系变化而引起的振动激励,而振动是导致齿轮箱出现故障问题的关键因素。目前国内外针对高速列车齿轮箱在振动激励环境下的性能测试试验设备的研究鲜少。基于此,本文旨在研发一套独创的能同时进行振动激励加载和负载模拟的试验系统,探索齿轮箱在振动环境下的可靠性问题。分析了齿轮箱的主要振动形式,重点利用ADAMS-rail软件建立了包含齿轮箱及电机的整车多体动力学分析模型,将德国轨道谱采用逆傅里叶变换法数值模拟出轨道不平顺时域样本并作为动力学分析激扰输入,进行200km/h、300km/h运行速度下直线行驶时齿轮箱的振动响应分析,获得振动加速度随车速变化的规律。根据齿轮箱试验台的测试项目和技术要求,设计了五种满足功能需求的试验系统结构方案,介绍了每种方案的结构组成及工作原理。结合方案结构特点,从电力驱动加载系统的功率闭环方式与振动激励系统中的激振器形式两个角度进行综合评价与分析,最终选择电动力功率闭环电磁激振齿轮箱试验台方案作为理想方案。对振动激励装置中电磁激振器的选型与安装布置进行了设计,并分析优化关键零部件结构使之满足强度刚度要求。通过分析选择缓冲效果更好的空气弹簧作为柔性支撑与导向系统中的弹性元件。对试验台振动控制原理进行了介绍,重点分析了系统传递函数对生成试验台驱动信号的重要作用。结合有限元动力学分析与系统辨识方法研究了试验台结构的振动传递特性。对振动系统机械结构分别进行稳态动力学和瞬态动力学分析,采集被试齿轮箱的振动信号,依次采用频域辨识法与时域辨识法对结构系统参数辨识,获得振动系统结构的振动传递函数,并验证了传递函数的辨识可靠度。

关键词：齿轮箱试验系统振动激励动力学分析振动传递特性系统辨识