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基于格林函数的多跨钻柱系统的振动特性分析

工程力学 2023年第6期40卷 213-225页

作者：常学平范谨铭韩笃政周杰西南石油大学机电工程学院成都610500

随着油气勘探开发向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展,钻井面临的井况与约束条件更加苛刻,钻柱的动力学特性更加复杂,失效问题频发。该文应用格林函数理论对多跨旋转钻柱双向耦合动力学特性进行了定量分析和研究。考虑多稳定... 详细信息

随着油气勘探开发向着深层、深水及非常规等复杂领域的不断扩展,钻井面临的井况与约束条件更加苛刻,钻柱的动力学特性更加复杂,失效问题频发。该文应用格林函数理论对多跨旋转钻柱双向耦合动力学特性进行了定量分析和研究。考虑多稳定器及不同约束条件,以钻柱整体为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁模型和Hamilton原理建立了具有广义边界约束条件及多稳定器的旋转钻柱双向耦合动力学方程。采用分离变量法、Laplace变换及Laplace逆变换求解所获得的振动微分方程,得到了旋转钻柱系统横向振动的格林函数解以及以格林函数为基础的多跨旋转钻柱系统的闭合形式的模态函数及隐式的频率方程。定量地分析了稳定器位置、弹簧刚度系数与稳定器个数对钻柱系统振动特性的影响。数值结果表明:稳定器位置与固有频率的关系曲线中有相应阶次数目的峰值;随着等效弹簧的刚度系数的增大,系统的固有频率随之增大,但当刚度增加到一定值时,系统的一阶和二阶频率将趋于稳定。研究结果有助于深化对多跨旋转钻柱的动力学特性规律的认识,为提高钻速、减少钻柱失效及钻柱钻井技术的应用提供了新的研究方法和理论依据。

关键词：格林函数 Laplace变换线性叠加原理模态函数频率方程解析解

船-缆-机器人采矿系统中非均匀张力缆振动特征分析

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哈尔滨工程大学学报 2023年第9期44卷 1631-1637页

作者：程阳锐马佳乐王振戴瑜中南大学机电工程学院湖南长沙410083 长沙矿冶研究院有限责任公司湖南长沙410012 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室湖南长沙410012 大连理工大学数学科学学院辽宁大连116024 北京航空航天大学数学科学学院北京100191

深海采矿越来越重要,本文针对采矿船-缆索-水下机器人采矿系统的作业模式,考虑采矿船和水下机器人运动引起的非均匀张力缆索横向振动问题,建立了船-缆-机器人系统简化的数学模型,给出了二阶线性变系数偏微分控制方程和初边值条件。基于... 详细信息

深海采矿越来越重要,本文针对采矿船-缆索-水下机器人采矿系统的作业模式,考虑采矿船和水下机器人运动引起的非均匀张力缆索横向振动问题,建立了船-缆-机器人系统简化的数学模型,给出了二阶线性变系数偏微分控制方程和初边值条件。基于变量分离法求解模型得到非均匀张力缆自然频率和振动模态的Bessel函数解析表达式。分析了采矿船和水下机器人运动引起的端致运动规律,给出了上下端运动幅度和频率对缆索振动的影响。研究发现:端部运动幅度逐渐增大时,缆索的横向最大振幅均呈线性增长;端部运动频率与缆索各阶自然频率相等时,系统会发生共振现象,分析了各阶振型的响应函数,对非均匀张力缆的设计参数确定提供参考。

关键词：船-缆-机器人采矿系统非均匀张力缆 Bessel函数自然频率模态函数端致振动

索-塔耦合结构面内动力学模型及其多重“1:1”内共振分析

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Acta Mechanica Sinica 2023年第11期39卷 89-103页

作者：陈柯帆李源贺拴海王康何逸扬杨鹏 School of Highway Changan UniversityXi'an 710064China Key Laboratory of Transport Industry of Bridge Detection Reinforcement Technology(Chang'an University) Xi'an 70064China Zhejiang Expressway Construction Management Co. Ltd.Ningbo 315315China

本文考虑拉索几何非线性影响,建立了用以研究索-塔耦合结构面内多重“1:1”内共振复杂机理的动力学模型其中塔被简化为一个由离散参数质量段构成的动力学系统,基于离散塔段间的弯矩平衡推导了该系统的控制方程。采用有限差分法将系统运... 详细信息

本文考虑拉索几何非线性影响,建立了用以研究索-塔耦合结构面内多重“1:1”内共振复杂机理的动力学模型其中塔被简化为一个由离散参数质量段构成的动力学系统,基于离散塔段间的弯矩平衡推导了该系统的控制方程。采用有限差分法将系统运动方程中的二阶偏微分项转化为差分代数项以便于进行数值仿真。通过模态拖电法得到了结构的模态函数,并与有限元分析结果进行了对比验证.采用4~5阶Runge-Kutta积分方法对系统控制方程进行数值仿真,观察到了具有明显“拍”特征的耦合内共振现象.参数分析结果表明,当发生平面内“1:1”内共振时,索的最大响应与激励位置和锚固位置的对应阶次的整体模态参与质量(MPM)呈强线性相关关系。当多根索的局部模态与不同阶次的全局模态同时耦合时,共振索的振动彼此间相互独立。当与同阶全局模态耦合时,共振索的振动存在相互影响作用.该影响作用与初始激励幅值无关,而索的最大时程响应幅值与激励点的对应阶MPM呈强线性相关关系.文中还进一步讨论了塔-索耦合结构多重“1:1”内共振过程中能量转换问题.

关键词：耦合结构动力学系统内共振系统运动方程模态耦合共振现象模态函数局部模态

关于模态综合法模态函数选择和计算精度的研究

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中国纺织大学学报 1998年第5期24卷 40-44页

作者：沈永刚上海工程技术大学上海200065

为了提高模态综合法的综合效率和计算精度,对系统分部的划分、模态函数的选择和系统自由度数的确定作了研究.并重点放在选用幂级数作为分部形态函数时对系统计算精度的影响方面.

关键词：模态综合法模态函数计算精度幂级数自由度

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浅海波导环境不确定性对声源功率估计的影响

物理学报 2021年第24期70卷 145-156页

作者：张少东孙超谢磊刘雄厚王宣西北工业大学航海学院西安710072 海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室西安710072 陕西省水下信息技术重点实验室西安710072

匹配场声源功率估计方法解决了传统球面波或柱面波假设下的声源功率估计方法受浅海波导效应影响较大的问题,但浅海波导环境不确定性会严重影响匹配场声源功率估计结果的准确性.本文定义声源功率估计性能环境失配敏感度,量化表示环境不... 详细信息

匹配场声源功率估计方法解决了传统球面波或柱面波假设下的声源功率估计方法受浅海波导效应影响较大的问题,但浅海波导环境不确定性会严重影响匹配场声源功率估计结果的准确性.本文定义声源功率估计性能环境失配敏感度,量化表示环境不确定时匹配场声源功率估计性能的损失,推导了声源功率估计性能损失与信道传递函数估计偏差的关系,利用信道传递函数估计值与理想值的模值偏差和夹角表示.在此基础上,研究了环境不确定性影响声源功率估计的机理,以及海水深度、海水声速和沉积层声速变化对声源功率估计的影响程度.研究表明,不同环境参数变化对信道传递函数模值的影响均比较小,声源功率估计性能下降的主要原因是信道传递函数估计值与理想值的夹角变化较大.海水深度变化对功率估计结果的影响最为显著,沉积层声速变化对功率估计结果的影响很小,除海水深度外,在高频段范围内海水声速变化对功率估计结果的影响较大.

关键词：环境不确定性信道传递函数模态函数功率估计

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低频电动扬声器非线性特性分析的新方法

仪器仪表学报 2005年第5期26卷 464-468页

作者：黄海浙江大学仪器科学与工程学系杭州310027

采用经验模式分解(EMD)提取信号的内禀模态函数(IMFs),并用Hilbert变换计算其瞬时频率的变化来刻划扬声器位移波形的非线性失真。实际的扬声器实验分析表明,该方法克服了用传统傅立叶谐波能量变化来表示非线性失真的局限,揭示了波内频... 详细信息

采用经验模式分解(EMD)提取信号的内禀模态函数(IMFs),并用Hilbert变换计算其瞬时频率的变化来刻划扬声器位移波形的非线性失真。实际的扬声器实验分析表明,该方法克服了用传统傅立叶谐波能量变化来表示非线性失真的局限,揭示了波内频率调制现象是造成波形失真的根本原因,并给出了具有明确物理意义的解释,对扬声器非线性特性的改进和补偿提供了一个新的思路。

关键词：扬声器特性分析 Hilbert变换非线性失真电动低频经验模式分解非线性特性模态函数瞬时频率能量变化波形失真频率调制物理意义分析表傅立叶信号

受初应力作用的轴向运动功能梯度梁的动力学分析

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工程力学 2015年第10期32卷 226-232页

作者：李成随岁寒杨昌锦苏州大学城市轨道交通学院苏州215006

基于Euler梁模型研究了初始应力作用下轴向运动功能梯度材料梁的横向振动问题。假设材料性质沿梁的厚度方向按幂指数形式连续变化,利用Hamilton原理建立了系统的控制方程,应用复模态法求得了其固有频率和模态函数,接着分析了轴向运动速... 详细信息

基于Euler梁模型研究了初始应力作用下轴向运动功能梯度材料梁的横向振动问题。假设材料性质沿梁的厚度方向按幂指数形式连续变化,利用Hamilton原理建立了系统的控制方程,应用复模态法求得了其固有频率和模态函数,接着分析了轴向运动速度、梯度指数、初应力大小等因素对梁的动力响应的影响。结果表明:梯度指数和轴向速度的增大都会导致固有频率降低,轴向初应力的增大则使得固有频率升高。

关键词：功能梯度材料轴向运动梁初应力固有频率模态函数

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基于垂直阵模态分解的低频水声信号盲解卷处理研究

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声学学报 2011年第1期36卷 8-19页

作者：郭国强孙超杨益新西北工业大学航海学院西安710072

研究了基于人工时反处理的水声信号盲解卷方法,并在此基础上提出了一种基于简正波模态分解的低频水声信号的盲解卷处理方法。该方法适用于浅海波导中垂直阵接收的远程低频水声信号的盲解卷处理。该方法首先从浅海中垂直阵接收的信号中提... 详细信息

研究了基于人工时反处理的水声信号盲解卷方法,并在此基础上提出了一种基于简正波模态分解的低频水声信号的盲解卷处理方法。该方法适用于浅海波导中垂直阵接收的远程低频水声信号的盲解卷处理。该方法首先从浅海中垂直阵接收的信号中提取(估计)出波导中传播的简正波模态函数信息,然后,根据估计的模态函数信息通过模态滤波来实现水声信道盲解卷处理。针对典型的浅海波导环境,进行了计算机仿真试验,结果表明:(1)远程低频条件下,模态分解方法可以从垂直阵接收的信号中提取出波导中有效传播的模态函数信息,因此这种方法解决了目前人工时反处理方法需要准确的模态函数先验信息的问题;(2)在一定带宽条件下,接收信号信噪比较低时,本文给出的这种基于模态滤波的盲解卷方法比人工时反处理具有更好的解卷性能。

关键词：水声信号模态分解解卷处理垂直阵低频模态函数先验信息接收信号

基于感应电机启动电磁转矩Hilbert-Huang变换的转子断条故障诊断

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中国电机工程学报 2005年第11期25卷 107-112页

作者：牛发亮黄进杨家强陈理渊金海浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

该文提出了一种感应电机转子故障诊断新方法。当感应电机转子出现断条故障时,转子绕组的不对称将会使电磁转矩谱中引入2sfs(s为转差率,fs为电网频率)谐波分量。利用Hilbert-Huang变换中经验模态分解(EMD)方法对启动电磁转矩信号进行了分... 详细信息

该文提出了一种感应电机转子故障诊断新方法。当感应电机转子出现断条故障时,转子绕组的不对称将会使电磁转矩谱中引入2sfs(s为转差率,fs为电网频率)谐波分量。利用Hilbert-Huang变换中经验模态分解(EMD)方法对启动电磁转矩信号进行了分解,得到若干本征模态函数(IMF)。通过计算包含故障信息的IMF分量的瞬时频率,可以检测出转子断条故障。同时,根据包含故障信息的IMF的幅值可以进一步判断出转子断条根数。实验结果证明该方法是可行的。

关键词： Hilbert-Huang变换电磁转矩电机启动经验模态分解(EMD) 转子故障诊断转子断条故障故障信息感应电机电机转子转子绕组谐波分量电网频率模态函数瞬时频率 IMF 转差率不对称计算包