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双泡耦合声空化动力学过程模拟

物理学报 2023年第2期72卷 153-159页

作者：许龙汪尧中国计量大学理学院杭州310018 中国计量大学浙江省智能制造质量大数据溯源与应用重点实验室杭州310018

为了对双泡耦合的声空化过程进行模拟,本文从流体动力学控制方程和流体体积分数模型出发,在Fluent软件中构建双泡耦合超声空化三维有限元仿真模型,对超声波驱动下流体中双泡耦合声空化动力学过程进行数值模拟,并通过对空化气泡周围声场... 详细信息

为了对双泡耦合的声空化过程进行模拟,本文从流体动力学控制方程和流体体积分数模型出发,在Fluent软件中构建双泡耦合超声空化三维有限元仿真模型,对超声波驱动下流体中双泡耦合声空化动力学过程进行数值模拟,并通过对空化气泡周围声场的变化进行分析研究双泡耦合声空化的非线性动力学特性.结果显示:在超声波驱动下,球形气泡先缓慢扩张,扩张到最大半径后迅速收缩直至溃灭;耦合双气泡间存在相互作用力,使得空化气泡的扩张受到抑制、气泡收缩时间增长;空化气泡在收缩阶段的能量转换能力增强,相比单气泡声空化,耦合双气泡溃灭时气泡内部的压强更大.本文分析结果将为超声空化泡群的动力学过程模拟提供参考.

关键词：超声空化有限元仿真双气泡耦合振动

地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动的影响研究

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铁道科学与工程学报 2023年第10期20卷 3884-3895页

作者：唐昊天黄凤华滕念管上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 南京工业大学土木工程学院江苏南京211816

随着磁浮交通线路的不断扩展,地震作用对磁浮交通系统的安全性构成了严重威胁。为探究地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统振动响应特性的影响,基于考虑比例-积分-微分(PID)主动悬浮控制的磁浮车轨耦合关系,在绝对坐标系下建立磁浮列... 详细信息

随着磁浮交通线路的不断扩展,地震作用对磁浮交通系统的安全性构成了严重威胁。为探究地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统振动响应特性的影响,基于考虑比例-积分-微分(PID)主动悬浮控制的磁浮车轨耦合关系,在绝对坐标系下建立磁浮列车-轨道-桥梁系统地震响应数值计算模型,其中将车辆简化为具有45个自由度的多刚体,轨道-桥梁结构采用有限元法建立。在此基础上,编制相应的仿真程序,计算只考虑车辆作用、只考虑地震作用以及同时考虑车辆和地震作用3种工况下系统的动力响应,并分析车速对系统地震响应的影响规律。研究结果表明:地震作用对磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动影响明显,尤其是对横向耦合振动的影响;轨道-桥梁结构跨中竖向位移受车辆作用影响较大,跨中横向位移主要受地震作用影响;轨道-桥梁结构的频域响应与车辆荷载的特征频率及结构固有频率密切相关,地震作用会显著放大轨道-桥梁结构的1阶固有频率振动响应;同时考虑车辆作用和地震作用时,随着车速提高,车体加速度幅值与桥梁跨中竖向位移幅值并非单调变化,而桥梁跨中横向位移幅值呈现下降趋势。研究成果可为后续磁浮列车-轨道-桥梁耦合系统地震响应分析和轨道-桥梁结构设计提供理论支撑。

关键词：中速磁浮列车-轨道-桥梁系统地震作用耦合振动 PID控制器

四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器的设计

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声学学报 2023年第4期48卷 882-889页

作者：许龙张丹陈一博中国计量大学理学院杭州310018

提出了一种四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器,换能器由四组纵向极化压电陶瓷晶堆、一个中心耦合金属块和四个外部金属圆锥组成。基于二维耦合振动机理和机电类比原理,建立了换能器的等效电路模型并推导了其谐振频率方程。利用有... 详细信息

提出了一种四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器,换能器由四组纵向极化压电陶瓷晶堆、一个中心耦合金属块和四个外部金属圆锥组成。基于二维耦合振动机理和机电类比原理,建立了换能器的等效电路模型并推导了其谐振频率方程。利用有限元软件仿真分析了四激励正交复合换能器的频响特性和振动特性,并与其单独一个方向振子的振动特性进行了对比。加工了反相和同相模态的换能器,利用阻抗分析仪和激光测振仪测试了其频率响应和二维四向纵振动输出特性,并进行了大功率二维四向超声乳化实验测试。理论、仿真和实验结果表明:换能器具有反相和同相两个纵向正交共振模态,在这两种共振模态下均可实现二维四向纵振动输出,且换能器两个正交方向振子的纵向振动具有相互耦合加强的作用;等效电路法和有限元法所得换能器的共振频率和有效机电耦合系数与实验测试结果吻合,通过与单激励正交复合夹心式压电超声换能器的有效机电耦合系数对比,发现该换能器具有更高的有效机电耦合系数。

关键词：压电换能器耦合振动振动模态机电等效电路

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碰摩引发的增压级转静耦合振动特性分析方法

航空动力学报 2022年第10期37卷 2233-2241页

作者：曾振坤张大义范雨张辉陈璐璐北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241

针对碰摩引发的增压级部件或篦齿封严结构的转静耦合振动问题,为克服当前动力学特性评估方法所存在的未计入碰摩非线性影响和参数影响规律不明晰的不足,建立增压级转静耦合动力学模型,求解振动响应并分析稳定性,并研究关键参数对稳定性... 详细信息

针对碰摩引发的增压级部件或篦齿封严结构的转静耦合振动问题,为克服当前动力学特性评估方法所存在的未计入碰摩非线性影响和参数影响规律不明晰的不足,建立增压级转静耦合动力学模型,求解振动响应并分析稳定性,并研究关键参数对稳定性的影响规律。结果表明:增压级转静子耦合振动响应有稳定、持续和失稳三种运动状态,存在主、次失稳转速区间;区间位置随转静模态频率线性变化,随节径数反比例变化,区间长度和个数随转静子阻尼的增大、碰摩力和初始扰动的减小而减小;尽快升速通过失稳转速区间有利于控制系统振幅,避免剧烈耦合振动发生;基于正负耦合共振裕度的传统方法不能合理评估耦合振动动力学行为,其只能预测主失稳转速区间位置,且结果偏小。

关键词：增压级转静碰摩耦合振动稳定性失稳区间共振裕度

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任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析

振动与冲击 2022年第17期41卷 48-54页

作者：李海虹王昊郭山国刘志奇李王铎太原科技大学机械工程学院太原030024 河北机电职业技术学院机械工程系河北邢台054000

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边... 详细信息

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。

关键词：弹性梁耦合振动谱几何法任意边界条件

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冰-车-桥系统耦合振动分析

振动与冲击 2022年第15期41卷 20-28页

作者：吴甜宇邱文亮重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 大连理工大学建设工程学部大连116024

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各... 详细信息

为了研究桥梁结构在车辆和冰荷载共同作用下的振动反应,提出了冰-车-桥系统耦合动力分析框架。在该框架中,每辆车都被视为一个多自由度的运动系统,桥梁结构采用有限元方法进行建模,利用罚函数定义了车轮与桥面之间的接触关系,实现了各子系统之间的接触与交互作用。基于自激冰力模型得到了依赖于冰与结构相对速度的桥梁结构自激冰力,构建了冰-车-桥系统的耦合动力方程,进而开展了冰-车-桥系统耦合振动分析及行车安全评估。研究结果表明:桥梁竖向振动反应随车速的增加而增大,桥梁横向振动反应则受到了冰荷载的控制;车辆的竖向反应主要依赖于车-桥之间的相互作用力,车辆的横向反应则受冰与桥梁之间相互作用力的主导,车辆与桥梁的交互作用受到了车速和冰速的双重影响;快冰速会增大车辆的横向接触力,降低车辆的最小侧滑抗力,不利于行车安全;冰荷载作用下桥上车辆的前轴车轮比后轴车轮更容易发生侧滑;所提出的冰-车-桥系统耦合动力分析框架可为冰荷载作用下跨海桥梁的行车安全评估提供参考。

关键词：桥梁结构自激冰力冰-车-桥系统耦合振动行车安全

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高速磁浮车-轨耦合系统动态机理与振动响应

同济大学学报（自然科学版） 2023年第3期51卷 314-320,384页

作者：付善强梁鑫丁叁叁中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程技术研究中心山东青岛266111

对高速磁浮车-轨耦合系统进行动态机理和振动响应研究。首先,对高速磁浮中的各类耦合关系进行建模;其次,分别分析了动态和静态条件下的车-轨耦合作用机理;然后,建立了高速磁浮车-轨耦合动力学有限元模型;最后,对磁浮列车高速通过桥梁时... 详细信息

对高速磁浮车-轨耦合系统进行动态机理和振动响应研究。首先,对高速磁浮中的各类耦合关系进行建模;其次,分别分析了动态和静态条件下的车-轨耦合作用机理;然后,建立了高速磁浮车-轨耦合动力学有限元模型;最后,对磁浮列车高速通过桥梁时轨道梁、功能件的动力响应和车-轨共振速度进行分析。结果表明:高速运行时车-轨作用频率不同,长时间共振速度下运行时车-轨振动明显增大;若桥梁动力放大系数小于1.2,则基频比最小值为1.16;若桥梁动力放大系数小于1.3,则基频比最小值为1.04。

关键词：高速磁浮车-轨相互作用动态机理耦合振动放大系数

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输电线路共振舞动机理试验研究

工程力学 2023年第10期40卷 71-80页

作者：谢献忠张淳淇林文欣彭剑湖南科技大学土木工程学院湖南湘潭411201

该文开展了输电线路共振舞动机理试验研究,以湖南省某220 kV输电线路工程为原型,基于动力相似原理,设计制作了塔线体系试验模型。为最大限度保有输电线路本身的动力特性,设计研发了一套非接触式电磁激励系统。采用单相面内激励、三相面... 详细信息

该文开展了输电线路共振舞动机理试验研究,以湖南省某220 kV输电线路工程为原型,基于动力相似原理,设计制作了塔线体系试验模型。为最大限度保有输电线路本身的动力特性,设计研发了一套非接触式电磁激励系统。采用单相面内激励、三相面内激励以及三相面外激励等不同的激励工况,对输电线路的强迫振动特性进行了测试和分析。结果表明:系统共振是引发输电线大幅舞动的主要机理,输电线路发生大幅舞动的激励频率均趋近于系统的各阶固有频率且振型一致。塔-线之间、相-相之间存在显著的耦合振动现象,非激励相也会发生大幅舞动,其幅值有时甚至超过激励相,相与相之间存在明显的动力吸振现象。三相输电线路在共振状态下的振动形式非常复杂,从时程上看,相间存在同步、反向同步和延迟同步等振动形式,且相间常常发生同周期拍振或异周期拍振现象,异周期拍振时,振幅此消彼长,能量在相间往复传递。从轨迹上看,有直线形、椭圆形、新月形、“8”字形、甚至混沌运动等,且由于随机干扰的影响,轨迹会发生漂移现象。

关键词：输电线路导线舞动耦合振动共振拍振

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半球谐振子质量不平衡对振动特性的影响研究

仪器仪表学报 2023年第3期44卷 244-252页

作者：王鹏曲天良刘天怡张熙张红波华中光电技术研究所武汉光电国家研究中心武汉430223

质量不平衡是半球谐振子制造过程产生的主要缺陷之一,其对谐振子的振动特性产生重要的影响。为制定半球谐振质量不平衡评价方法及为修调提供依据,对谐振子的结构特征及质量不平衡进行了表征,通过耦合振动物理模型及仿真分析,明确了谐振... 详细信息

质量不平衡是半球谐振子制造过程产生的主要缺陷之一,其对谐振子的振动特性产生重要的影响。为制定半球谐振质量不平衡评价方法及为修调提供依据,对谐振子的结构特征及质量不平衡进行了表征,通过耦合振动物理模型及仿真分析,明确了谐振子耦合振动产生机理、质量不平衡对频率裂解及支撑损耗的影响。并通过实验,测得了谐振子的不同去除质量下频率裂解特性及耦合振动特性,得到了谐振子质量不平衡与振动特性之间的关系,通过实验数据得出未经过平衡的谐振子1、3次谐波及2次谐波的分布特征,以及它们引入的支撑损耗分别为1.6×10^(-8)、3.7×10^(-9);频率裂解与4次谐波不平衡质量对应关系为0.01 Hz/μg,由此可以对谐振子质量不平衡进行评价及制定调平工艺。

关键词：半球谐振子质量不平衡振动特性频率裂解耦合振动