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含裂纹齿轮副啮合刚度与模态频率的研究

含裂纹齿轮副啮合刚度与模态频率的研究

作者：舒斌南昌航空大学

学位级别：硕士

齿轮传动是一种广泛应用于航空航天与机械工程等领域的重要传动方式。由于加工制造缺陷或者运动传递误差等因素,使得裂纹成为齿轮传动的主要故障。裂纹的存在及其扩展,不仅影响齿轮副的啮合刚度,而且改变齿轮副的振动特性。本文拟借助AB... 详细信息

齿轮传动是一种广泛应用于航空航天与机械工程等领域的重要传动方式。由于加工制造缺陷或者运动传递误差等因素,使得裂纹成为齿轮传动的主要故障。裂纹的存在及其扩展,不仅影响齿轮副的啮合刚度,而且改变齿轮副的振动特性。本文拟借助ABAQUS平台,深入研究多裂纹的扩展特性及其对齿轮副啮合刚度、振动模态的影响。主要研究工作及成果如下:1)在深入研究轮齿裂纹扩展基础理论的基础上,基于ABAQUS软件建立了含多裂纹齿轮副有限元模型。基于理论接触应力与计算接触应力的比较,验证了分析模型的合理性。2)针对含不同裂纹工况的齿轮副模型,分析了含裂纹齿轮的最大主应力及裂纹顶端应力强度因子。以含多裂纹齿轮模型为对象,研究了齿根裂纹与分度圆裂纹深度比的变化规律。3)根据刚度的定义,提出了多种齿轮副时变啮合刚度计算方法。基于ABAQUS平台,建立了含多裂纹齿轮副有限元模型。4)基于含多裂纹齿轮副模型的裂纹扩展研究,创建了不同组含不同裂纹深度的多裂纹齿轮副模型。分析了齿轮副啮合刚度一个周期内的变化规律。讨论了裂纹形式对啮合刚度的影响。5)根据模态分析理论和含裂纹齿轮副有限元模型,研究了不同组裂纹模型及不同裂纹深度下齿轮副的模态频率。探讨了不同的裂纹形式对齿轮副模态频率的影响。

关键词：齿轮副多裂纹裂纹扩展啮合刚度模态频率

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预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

噪声与振动控制 2019年第6期39卷 61-65,152页

作者：邵俊伍济钢周根阳德强湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室

为研究预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立预紧力作用下螺栓联接结构模态方程;其次,以螺栓联接板试件为例,基于有限元分析和试验相结合的方法,验证螺栓联接接触面处理方法的准确性;然后,建立较为精细的机匣有限元模... 详细信息

为研究预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立预紧力作用下螺栓联接结构模态方程;其次,以螺栓联接板试件为例,基于有限元分析和试验相结合的方法,验证螺栓联接接触面处理方法的准确性;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同预紧力作用下的机匣模态分析;最后,分析刚性机匣和预紧力作用条件下的实体机匣各阶固有频率相对差异,重点研究预紧力变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,随着预紧力增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大,并且预紧力对各阶固有频率的影响程度各不相同,结合振型图发现,对于连接面处相对变形较大的振型,其模态频率受预紧力影响较大;而对于连接面处相对变形较小的振型,其模态频率受预紧力影响较小。

关键词：振动与波预紧力螺栓联接机匣模态频率

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温度对结构模态频率影响研究

温度对结构模态频率影响研究

作者：于艳玲大连交通大学

学位级别：硕士

近年来,桥梁结构健康监测已经成为土木工程界中的研究热点问题。桥梁损伤一般是通过对结构进行动态特性测试,依据模态参数识别方法,根据结构模态参数的变化进行识别。在影响结构模态频率的众多因素中,温度引起的结构模态频率的变化,有... 详细信息

近年来,桥梁结构健康监测已经成为土木工程界中的研究热点问题。桥梁损伤一般是通过对结构进行动态特性测试,依据模态参数识别方法,根据结构模态参数的变化进行识别。在影响结构模态频率的众多因素中,温度引起的结构模态频率的变化,有时远远大于结构损伤引起的,甚至淹没或掩盖结构微小损伤造成的改变。所以,研究温度对模态频率的影响显得至关重要。为了建立温度变化与模态频率变化之间的关系模型,明确温度因素产生的影响大小,提高损伤识别的准确性和精度。本文以一混凝土简支梁作为研究对象,通过在简支梁截面上布置温度传感器,测量截面上各点的温度,并把温度分解为有效温度和温差,对二者分别进行研究;通过在简支梁上布置加速度传感器,运用动态结构测试和模态参数识别对简支梁进行模态分析;运用支持向量机技术(Support Vector Machines)建立温度与模态参数之间的模型。本文的主要研究成果如下: 1.通过温度试验测得截面上各测点的温度。应用有限元热分析对此截面上的温度进行数值计算,试验结果和有限元计算结果进行验证。在此基础上,把各测点温度分解成有效温度和温差,得到二者随时间变化的规律。 2.通过简支梁的动态测试试验,研究了它的动态特性,由峰值法识别出结构的一阶模态频率,得到了其固有频率随时间的变化规律。 3.运用支持向量机技术研究温度与频率的关系,分别建立了有效温度与频率(Te-f)、温差与频率(Δt-f)之间的数学模型,研究发现频率主要受截面上有效温度的影响,并且温度与频率之间满足非线性关系。

关键词：温度有效温度温差模态频率支持向量机

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摩擦系数对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

噪声与振动控制 2020年第1期40卷 5-8,18页

作者：伍济钢邵俊周根阳德强湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室

为研究摩擦系数变化对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立摩擦系数变化时螺栓联接结构的模态方程;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同摩擦系数下的机匣模态分析,研究发现随着摩擦系数的增大,机匣各阶固有频率总体... 详细信息

为研究摩擦系数变化对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立摩擦系数变化时螺栓联接结构的模态方程;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同摩擦系数下的机匣模态分析,研究发现随着摩擦系数的增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大;最后,采用单变量法重点研究摩擦系数变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,摩擦系数对各阶固有频率的影响程度各不相同。对于某一阶模态频率,若由摩擦系数变化引起的扰动刚度主要增加参与其模态参数的有效刚度,则摩擦系数对该阶模态频率影响较大;若扰动刚度主要增加其非有效刚度,则摩擦系数对该阶模态参数影响较小。结合振型图发现,对于扭转振型对应的模态频率,其受摩擦系数的影响较大,其他振型对应的模态频率受摩擦系数的影响较小。

关键词：振动与波摩擦系数螺栓联接机匣模态频率有效刚度

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静风荷载对于悬索桥弯曲振动模态频率的影响

静风荷载对于悬索桥弯曲振动模态频率的影响

作者：王明光昆明理工大学

学位级别：硕士

风致振动是导致大跨度悬索桥失稳垮塌的主要原因。通常情况下,风的静力作用可导致悬索桥振动时的模态频率变化,进而改变结构的动力响应。在研究空气静力失稳的相关文献中,主要都是以线性或者非线性的方法研究静风载荷的失稳机理问题,或... 详细信息

风致振动是导致大跨度悬索桥失稳垮塌的主要原因。通常情况下,风的静力作用可导致悬索桥振动时的模态频率变化,进而改变结构的动力响应。在研究空气静力失稳的相关文献中,主要都是以线性或者非线性的方法研究静风载荷的失稳机理问题,或者依据线性、非线性理论编制相应的计算软件,来探讨空气静力失稳或动力特性。迄今为止,对于静风荷载作用下悬索桥非线性动力特性的理论研究较少。本文提出了一种计算静风荷载对大跨度悬索桥竖向弯曲模态频率影响的解析方法。首先,通过Galerkin方法截断把含有积分项的竖向弯曲振动偏微分方程离散为非线性非齐次常微分方程组;之后,通过坐标变换将方程组中的非齐次荷载项消去,得到一组非线性齐次常微分方程组;通过令非齐次非线性方程组的非齐次项为零,得到了静风荷载下悬索桥的位移。之后,将风静力作用下的位移代入齐次线性方程中,得到静风载荷与模态频率的关系。此外,本文以润扬长江公路大桥为例,将理论结果和有限元结果进行了对比,验证该方法的有效性。并对不同方向静风载荷下,主缆垂度、主缆弹性模量、单位桥长质量和加劲梁刚度对结构刚度和模态频率的影响进行了细致的讨论。本文的结果显示,悬索桥在向上静风荷载作用下产生的位移大于向下的静风荷载。向上的静风荷载弱化了悬索桥结构刚度。同时伴随主缆的垂度和刚度的降低、单位桥长质量的增大,向上的静风载荷显著的降低了悬索桥的低阶模态的频率,反之向下的静风载荷显著的提高了悬索桥的低阶模态的频率。

关键词：大跨度悬索桥静风载荷模态频率 Galerkin法坐标变换

电容式MEMS器件模态频率的电学测试方法研究

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传感器与微系统 2008年第5期27卷 12-14页

作者：侯占强肖定邦江平吴学忠国防科技大学机电工程与自动化学院湖南长沙410073

针对电容式MEMS器件,提出了一种基于调制解调原理的模态频率测试方法,详细介绍了该测试方法的测试原理和测试系统的组成。利用Ansys对某插齿式微加速度计进行了模态仿真分析,分析得到的模态频率为3 941 Hz,利用该测试方法对该微加速度... 详细信息

针对电容式MEMS器件,提出了一种基于调制解调原理的模态频率测试方法,详细介绍了该测试方法的测试原理和测试系统的组成。利用Ansys对某插齿式微加速度计进行了模态仿真分析,分析得到的模态频率为3 941 Hz,利用该测试方法对该微加速度计进行模态频率测试,得到的测试结果为3 440Hz。仿真与测试得到的结果接近,验证了该测试方法的有效性,产生偏差的主要原因可能是制造过程中的加工误差。

关键词：微机电系统模态频率电容调制解调

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温度对桥梁模态频率识别的影响研究

温度对桥梁模态频率识别的影响研究

作者：郑剑飞吉林大学

学位级别：硕士

交通是社会经济发展大动脉,桥梁则是保障交通畅通的首要因素。为保证社会经济持续发展和进步,桥梁功能的完整性,尤其是安全性则显得尤为重要。统计数据表明,随着近年来我国基础设施建设大力发展,我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就,每年... 详细信息

交通是社会经济发展大动脉,桥梁则是保障交通畅通的首要因素。为保证社会经济持续发展和进步,桥梁功能的完整性,尤其是安全性则显得尤为重要。统计数据表明,随着近年来我国基础设施建设大力发展,我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就,每年有大量新桥陆续建成,为使公路桥梁安全运行,则需要对这些刚刚完工的桥梁进行承载力评定和必要的健康监测。另一方面,许多已建桥梁经过长期服役而缺少足够充分的管养,已经接近设计寿命;桥梁的老化和损坏的现象层出不穷,对既有桥梁进行可靠鉴定以及损伤识别则迫在眉睫。近年来,以振动的结构损伤为基础的识别方法在得到了广泛发展,同时也成为了土木工程的研究重点,而温度对桥梁模态频率的影响常常会掩盖桥梁损伤的存在。本文的实验研究旨在探求温度影响模态频率的内在机理,揭示温度对桥梁模态频率影响的规律,以及桥梁不同损伤下的模态频率变化规律,为有效的解决温度对季冻区桥梁损伤识别问题奠定基础。本文的主要研究成果及结论如下： ①本文研究了温度效应影响桥梁模态频率分析并得出以下结论：温度的变化改变混凝土的弹性模量是造成桥梁模态频率改变的主要原因,同时温度对混凝土桥梁模态频率的影响主要是通过改变混凝土力学的性质来实现的。 ②利用动载试验识别出小梁在不同温度下的模态频率。并做数据的相关性分析后,得出结论：桥梁的频率随环境温度的升高而降低,两者之间呈良好的线性负相关关系。 ③依托实际桥梁检测工程进行了桥梁温度、湿度的测试,并进行现场动载实验。结果表明桥梁的自振频率变化与外界环境变化表现出较好的相关性。同时,桥梁的自振频率与环境温度数值之间的相关系数较大,说明桥梁的自振频率的变化主要受温度的影响。在实际桥梁健康评价工作中,温度确实会对桥梁的模态频率识别产生影响。若在较低温度环境下测得的结构发生损伤后的模态频率,就可能得出该已损伤桥梁结构“没有损伤”,或者“运行状态良好”的错误结论。说明了在桥梁健康监测中,剔除环境因素对桥梁模态频率的淹没作用至关重要。

关键词：桥梁温度模态频率弹性模量变化趋势

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基于模态频率的V型缺口梁裂纹扩展预测

基于模态频率的V型缺口梁裂纹扩展预测

作者：颜龙南昌航空大学

学位级别：硕士

梁是广泛应用航空航天与机械工程等领域的基本构件。由于加工、制造或装配等需要,经常会在梁的表面位置开设缺口,使得缺口部位则成为应力集中的重要位置。尤其是在振动载荷的作用下,缺口位置则是裂纹萌生、扩展甚至断裂的关键部位。因此... 详细信息

梁是广泛应用航空航天与机械工程等领域的基本构件。由于加工、制造或装配等需要,经常会在梁的表面位置开设缺口,使得缺口部位则成为应力集中的重要位置。尤其是在振动载荷的作用下,缺口位置则是裂纹萌生、扩展甚至断裂的关键部位。因此,深入研究缺口梁的裂纹扩展预测方法对于提高动力机械结构的安全可靠性具有十分重要的意义。本文以V型缺口悬臂梁为对象,结合模态频率和裂纹扩展试验结果,提出一种基于模态频率的裂纹扩展预测方法。本文完成的主要工作包括:1)搭建了悬臂梁模态频率与裂纹扩展测试试验系统,设计了含V型缺口的梁试件。采用交替法,完成了不同裂纹参数条件下的力锤激励模态频率测试和裂纹扩展测试。采用傅里叶变换,分析了缺口梁的模态频率随裂纹扩展参数的变化规律。在此基础上,揭示了模态频率与裂纹扩展之间的内在联系;讨论了缺口位置应力应变随裂纹扩展的变化机制以及模态频率变化与振动循环次数之间的内在联系;建立了V型缺口梁的振动疲劳裂纹扩展曲线。2)以实验测试采用的V型缺口梁为对象,基于ABAQUS软件建立了悬臂梁的动力学有限元模型。通过实验结果,验证了动力学模型的合理性。在有效的有限元模型基础上,计算了悬臂梁缺口位置的表面应力幅值及裂纹尖端位置的应力幅值,分析了悬臂梁的谐响应。同时,比较了有限元计算结果值和试验测试结果值,为裂纹扩展预测提供参考。3)利用裂纹扩展长度定义损伤,并以结构的第一阶模态频率下降率为损伤指标,拟合出以频率下降率为自变量、损伤为因变量的三次多项式。基于已提出的损伤疲劳寿命指数模型,利用试验测得的寿命和定义的损伤,拟合出该指数模型的未知参数。结合指数损伤模型和拟合的损伤表达式,提出一种适用于悬臂梁的寿命预测模型。最后利用实验结果验证了损伤预测模型的合理性。

关键词：裂纹扩展模态频率缺口梁寿命预测损伤模型

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基于振动传递特性的某轻卡后视镜抖动优化

重型汽车 2024年第3期 27-28页

作者：潘宁赵剑飞付吉云钟明鹏张永刚中国重汽集团汽车研究总院中国汽车工程研究院

针对某轻卡怠速开空调后视镜抖动问题,基于测试分析确认了后视镜抖动问题机理为动总刚体模态与发动机怠速一阶激励接近,振动传递至驾驶室后激发后视镜前后方向模态引发共振。对后视镜系统进行仿真优化提升了模态频率,对动总悬置优化后... 详细信息

针对某轻卡怠速开空调后视镜抖动问题,基于测试分析确认了后视镜抖动问题机理为动总刚体模态与发动机怠速一阶激励接近,振动传递至驾驶室后激发后视镜前后方向模态引发共振。对后视镜系统进行仿真优化提升了模态频率,对动总悬置优化后使动总Rx模态频率避开发动机怠速一阶激励,从而控制了后视镜在开空调时的怠速抖动。

关键词：轻卡后视镜模态频率刚体模态怠速抖动