Matrix Power Control Algorithm for Multi-input Multi-output Random Vibration Test

 Both auto-power spectrum and cross-power spectrum need to be controlled in multi-input multi-output (MIMO) random vibration test. During the control process with the difference control algorithm (DCA), a lower triangular matrix is derived from Cholesky decomposition of a reference spectrum matrix. The diagonal elements of the lower triangular matrix (DELTM) may become negative. These negative values have no meaning in physical significance and can cause divergence of auto-power spectrum control. A proportional root mean square control algorithm (PRMSCA) provides another method to avoid the divergence caused by negative values of DELTM, but PRMSCA cannot control the cross-power spectrum. A new control algorithm named matrix power control algorithm (MPCA) is proposed in the paper. MPCA can guarantee that DELTM is always positive in the auto-power spectrum control. MPCA can also control the cross-power spectrum. After these three control algorithms are analyzed, three-input three-output random vibration control tests are implemented on a three-axis vibration shaker. The results show the validity of the proposed MPCA.     

热声载荷下薄壁结构振动响应试验验证与疲劳分析

由于热声环境下金属薄壁结构表现出复杂的大挠度强非线性振动响应特性,影响结构的疲劳性能与寿命,结合有限元法与降阶模态法对四边固支高温合金矩形薄壁结构的热声响应进行计算。结果研究发现:屈曲后结构出现跳变运动且应力循环呈三角状分布,热声载荷的相对强弱决定了跳变形式。采用改进雨流计数法、Morrow平均应力模型、Miner线性损伤累积理论计算热声疲劳寿命,屈曲前到临界屈曲时应力循环损伤量级显著增大,由10-5增大到10-4,寿命随温度增加呈先减小后增加趋势。开展薄壁结构热声试验,并将仿真计算结果与试验结果进行对比,结果表明结构的模态频率偏差不超过1Hz,动态应变响应结果的量值相当,验证了薄壁结构热声响应计算方法与模型的有效性。      

突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验

为了研究在瞬态冲击（突加不平衡）下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果,设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台,开展突加不平衡动力学实验,获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应,降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%,同时抑制了转子经过临界转速的基频振动（幅值最大降低了62.18%）;ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼,其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下,1阶临界转速降低2.39%。     

Active vibration control of piezoelectric bonded smart structures using PID algorithm

Thin-walled structures are sensitive to vibrate under even very small disturbances. In order to design a suitable controller for vibration suppression of thin-walled smart structures, an electro-mechanically coupled finite element(FE) model of smart structures is developed based on first-order shear deformation(FOSD) hypothesis. Considering the vibrations generated by various disturbances, which include free and forced vibrations, a PID control is implemented to damp both the free and forced vibrations. Additionally, an LQR optimal control is applied for comparison.The implemented control strategies are validated by a piezoelectric layered smart plate under various excitations.     

航空发动机整机振动耦合动力学模型及其验证

针对航空发动机整机振动,建立了一种通用的复杂转子-支承-机匣耦合动力学模型.在模型中,利用有限元方法对转子和机匣系统进行建模.支承系统采用集总参数模型,计入了滚动轴承和挤压油膜阻尼器的非线性,定义了多种支承和连接方式,以适应多转子和多机匣的复杂结构建模.运用数值积分获取系统非线性动力学响应.针对两个实际的航空发动机转子实验器,建立了整机耦合动力学模型,进行了整机模态实验验证,结果表明了航空发动机整机振动耦合动力学建模方法的正确有效性.      

Virtual sensing method for monitoring vibration of continuously variable configuration structures using long short-term memory networks

Vibration monitoring by virtual sensing methods has been well developed for linear time-invariant structures with limited sensors. However, few methods are proposed for Time-Varying (TV) structures which are inevitable in aerospace engineering. The core of vibration monitoring for TV structures is to describe the TV structural dynamic characteristics with accuracy and efficiency. This paper propose a new method using the Long Short-Term Memory (LSTM) networks for Continuously Variable Configuration Structures (CVCSs), which is an important subclass of TV structures. The configuration parameters are used to represent the time-varying dynamic characteristics by the “freezing” method. The relationship between TV dynamic characteristics and vibration responses is established by LSTM, and can be generalized to estimate the responses with unknown TV processes benefiting from the time translation invariance of LSTM. A numerical example and a liquid-filled pipe experiment are used to test the performance of the proposed method. The results demonstrate that the proposed method can accurately estimate the unmeasured responses for CVCSs to reveal the actual characteristics in time-domain and modal-domain. Besides, the average one-step estimation time of responses is less than the sampling interval. Thus, the proposed method is promising to on-line estimate the important responses of TV structures.     

蜻蜓起飞过程飞行特征实验

针对蜻蜓自由起飞过程和准自由起飞过程进行实验观测,采用两个光轴相互垂直的高速摄像机进行拍摄,通过特征点匹配和三维重构方法准确地捕捉了两种起飞过程中蜻蜓身体和翅膀的运动参数,并进行运动特征分析与对比。实验结果表明:蜻蜓在自由起飞过程中采用同步振翅,离地后逐步转换成异步振翅(约110°),最大瞬时竖直加速度可以达到20m/s2;在准自由起飞过程中采用异步振翅(相位差180°),之后相位差逐步降低,最大瞬时竖直加速度为12m/s2;此外发现同步振翅、大攻角下拍及大拍动角有利于升力的产生。      

基于一阶PPF的垂尾振动分数阶控制

针对传统正位置反馈（PPF）与一阶PPF控制器控制效果与鲁棒性不足,难以适用于结构动力学特性存在摄动的问题,提出一种新的基于分数阶微积分理论和一阶PPF的分数阶（FOPPF¹）控制器,增加了一阶PPF控制器的可设计空间。综合考虑随机响应的频域特性与整体波动强弱,构造了控制器优化设计的目标函数。以粘有宏纤维压电复合材料（MFC）压电片的垂尾模型为被控对象,设计了相应的FOPPF¹控制器。该控制器在控制目标频段内的相频特性变化平缓,可有效实现控制相位补偿,且闭环极点对参数摄动不敏感,使得控制器的鲁棒性强。通过试验研究了FOPPF¹控制器对于自由振动与窄带随机振动的抑制性能。相比一阶PPF控制器,对标称垂尾模型,FOPPF¹控制器在自由振动抑制试验中的等效阻尼系数提高了约50%。当给垂尾模型的一阶弯曲固有频率引入一定量的离线摄动或在线摄动后,窄带随机振动控制试验的结果表明,FOPPF¹控制器的鲁棒性、控制效果及控制能耗率明显优于经典的一阶PPF控制器,因此对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。     

边界元法分析回转体的自由扭振问题

 边界元法用于分析非线性问题和动力问题时,在最终得到的积分方程中同时包含边界积分和区域积分。通常的做法是对区域积分项采用常值有限元离散,这需要用很密的网格才能达到较高的精度。     

三角形截面高柔结构横风向振动的风洞试验研究

本文介绍了正三角形截面高柔结构模型在均匀流场和湍流场中三种迎角下的横风向风振响应风洞试验结果，分析了三角形截面高柔结构的横风向涡激振动现象与驰振危险性，获得了一些数据和结论。     

转子轴系耦合振动模型一般性解析式推导与分析

基于转子受到的线性和非线性作用机理,引入线性尺度因子、非线性尺度因子和耦合强度比作为特征参量,分别构建了阻尼力和刚度力的一般表达式,进而推导出转子轴系一般形式的线性与非线性耦合的振动模型.基于仅考虑质量不平衡激励的单圆盘转子轴系,应用多尺度法求解出该方程的稳态解及瞬态解.通过对解析解的分析,揭示了线性与非线性耦合作用及响应的振动机理.通过数值计算分析了瞬态时间尺度因子对响应的影响,瞬态时间尺度因子越大,瞬态解衰减越快,越接近于稳态解.对稳态解短时傅里叶变换的幅频特性进行分析,可发现1倍频出现了非线性特征,3倍频存在双峰特征,进一步阐述了非线性尺度因子对转子轴系耦合振动的影响.      

自由振动优化平均和模态隔离

对飞机颤振试飞等运行中的结构或机械在冲击激励下测到的高噪声多模态自由振动,提出一种优化平均方法,可以在大量抑制噪声的同时,充分突出某一感兴趣的模态。此方法基于自由振动频谱与结构频响函数在显示结构振动特性方面的“相似性”,以平均后的自由振动频谱具有最高共振峰作为自由振动平均时“初相角对齐”的优化平均判据。从优化平均自由振动频谱中,又可隔离出有更高信噪比的结构单模态自由振动来,从而使模态参数识别变得十分简单并有高精度。     

液压管路系统随机振动下疲劳分析

民用飞机液压管路系统受到飞机振动环境的影响,可能产生振动引发的管路及安装结构疲劳破坏。为了分析液压管路系统在飞机振动环境下的承受能力,参考RTCA/DO-160G中对于固定翼飞机振动环境的定义及要求,对某民用飞机液压管路进行振动模态和随机振动响应分析。通过有限元分析得出了液压管路及安装结构的随机振动Von Mises均方根应力,采用基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法,计算管路系统的随机振动疲劳损伤,得到了疲劳薄弱部位及疲劳分析结果,为民用飞机液压管路在随机振动环境下的疲劳分析提供参考。     

柔性结构振动控制的多尺度特征结构配置

对复杂柔性结构系统提出了一种多尺度特征结构配置方法,以实现结构振动的多尺度主动控制。通过反馈控制力改变结构的振动模态,使系统中不同敏感性部件的受扰振动以不同的速度趋于稳定,使敏感（关键）部件的振动能量快速迁移从而保证系统高精度的性能要求,同时使非敏感（非关键）部件的振动降低到允许范围。      

基于波动模型的框架结构被动阻尼减振分析

将空间框架结构的振动作为波动来研究,建立结构的波动模型,并基于此模型对结构进行被动阻尼减振设计。阻尼单元和阻尼铰两种被动阻尼方案被用来增加结构的阻尼特性。根据波动分析的结果,一种迭代的方法被用于寻求多个阻尼单元或阻尼铰的位置。结果表明,波动模型非常适合于对结构的局部进行修改和分析。     

Ti17模拟叶片在空气中的阻尼试验

通过Ti17平板模拟叶片在空气中测阻尼试验研究,用自由振动衰减法测取到各阶振型衰减系数,得出其各阶振型阻尼比,推导出比例阻尼系数,为叶片响应计算时的阻尼系数取值提供了参考.研究还发现振型阻尼比与材料硬度、叶片固有频率及振型密切相关,并给出了定性分析.      

复合材料层合板、壳结构的承载能力

本文以有限单元法研究了复合材料层合板、壳结构的承载能力,所采用的单元是考虑耦合效应的高精度的离散性克希霍夫（Kirchhoff）假定层合板和层合壳三角形单元,非线性迭代采用变步长的载荷增量法以及等刚度和变刚度相结合的交替迭代法,编制了计算机程序DDJ-FZJF,并以多例证明该程序和算法是有效的。     

浮环挤压油膜阻尼器对模拟低压转子突加不平衡响应影响分析

为了研究浮环挤压油膜阻尼器对涡轴发动机模拟低压转子突加不平衡响应的影响,建立了考虑多种耦合的带浮环挤压油膜阻尼器模拟低压转子的动力学模型,推导其运动方程并采用数值方法进行了求解,分析了系统响应随浮环与轴承质量比值、支承刚度和油膜间隙等设计参数的变化.研究表明:相比传统挤压油膜阻尼器,浮环挤压油膜阻尼器更好地抑制了转子系统加速过临界时的瞬态响应以及稳速和升速过程中的突加不平衡响应;增大浮环与轴承质量比值、减小弹性支承刚度和挤压油膜间隙,能够更好地抑制突加不平衡响应的瞬态振幅和瞬态过程;转子系统由于油膜非线性引起的双稳态大振幅区会随浮环与轴承质量比值的增大而减小,而随挤压油膜间隙值的减小而增大.      

基于离散单元法的二维颗粒阻尼研究

针对自由端带空腔的L型悬臂梁建立了二维颗粒阻尼物理模型,发展并利用离散单元法(DEM)对二维颗粒阻尼进行了数值仿真,重点考查了二维空腔尺寸对颗粒阻尼的影响规律:①高度非线性的颗粒阻尼能够显著地抑制结构振动,阻尼值至少比金属材料阻尼大一个数量级;②当无量纲加速度Γ<1时,颗粒阻尼很小;当Γ＞1时,随Γ增加,颗粒阻尼先增大...     

角振动校准装置研究

为提升对惯性器件的动态性能评价能力,通过对被校传感器施加标准正弦角振动激励,精确测量角振动过程,实现了对角振动传感器的校准。基于不同频段的特点,将校准频段划分为低频和高频2部分,并提出空气轴承与无刷直流力矩电机相结合的低频角振动台方案,以及轻质空心杯精密空气轴承与框式电磁驱动结构相结合的高频角振动台方案;分别采用精密角度编码器和衍射光栅激光干涉仪实现对低频和高频角振动的测量,成功研制出频率范围为0.25~550Hz、角加速度范围为0.1~1 760rad/s2以及角速度波形失真小于2%的角振动绝对法校准装置。与德国国家物理技术研究院的角振动校准装置相比,该装置能够显著提升承载能力,可广泛用于惯性器件动态性能的测试与评价。