复杂非线性结构随机振动环境试验的数值模拟——虚拟振动环境试验系统

介绍了复杂非线性结构振动环境试验计算机模拟过程,为建立虚拟振动环境试验系统奠定基础。振动环境试验的数值模拟包括建模和控制器设计两个核心问题。对复杂非线性结构的计算机模拟具体过程是:首先对被试非线性结构建立非线性有限元模型,并简化成一个低自由度模型;利用低自由度系统和两个反馈测点的加速度设计反馈控制器,使其被控制点响应加速度的功率谱密度达到规范谱型,控制器的反馈即为非线性结构的激励;将激励作用到有限元模型,并做响应计算,验证其响应加速度功率谱密度是否达到预定的规范谱,如果不满足,可重新减缩非线性有限元模型,或另选控制律,重新设计控制器;分析非线性有限元模型的响应,并进行可靠性分析。由振动环境试验的数值模拟过程可发展而成虚拟振动环境试验系统。     

一种典型工程结构风致振动现场测量

对一个建筑结构风致振动进行了现场测量研究.结构风振位移采用摄影法测量,由于观测目标不可触及,测量中采用了一种新的摄影定标方法,即利用正多边形物体来标定摄影比例尺,解决了难以接近的观测目标的动态位移测量问题.现场测量得到了某特定气象条件下当地大气湍流的平均风速、湍流度、风谱、积分尺度等统计量和结构风振最大位移,固有频率,阻尼比等振动参数.     

数字闭环光纤陀螺振动误差分析

光纤陀螺的振动误差直接影响其使用精度.为解决振动问题,分析了陀螺振动特性的主要误差源.推导了闭环光纤陀螺光功率和输出关系的表达式,得出了光纤缺陷以及光纤、器件尾纤受振动产生寄生应力导致传输光偏振性能和光强变化是引起振动误差的根本原因的结论;对陀螺振动性能受结构谐振的影响进行了有限元分析和试验验证;提出了改善光纤陀螺振动性能的具体措施,包括光纤环及尾纤固化工艺、优化结构设计以及改进闭环控制.结果表明,经改进后的陀螺,振动条件下其动态精度接近静态指标,满足使用要求.      

不同相位壁面局部微振动诱导边界层大涡结构

以平板边界层Blasius解为基本流,利用直接数值模拟的方法求解三维不可压缩N-S方程,研究了边界层中不同初始相位壁面局部微振动诱导大涡结构的过程。计算结果表明:壁面扰动初始相位为0或π,大涡结构的初始扰动速度场完全相反,初始相位为0时,大涡结构演化时无论其扰动速度幅值、高低速条纹结构,流向涡量均随时间的增加而增长,壁面平均切应力明显大于平板边界层流动,近壁平均速度剖面变得饱满;初始相位为π时,诱导形成的大涡结构较弱。壁面局部微振动可诱导边界层内形成大涡结构,大涡结构演化特性与局部微振动初始相位密切相关。     

大型水平滑台的力学特性研究与结构优化

从设计与试验角度出发,对某大型水平滑台的强度、振动模态等力学特性进行了研究,提出一种新模型来计算滑板的一阶轴向固有频率,并对如何利用大型水平滑台进行超重物体的振动试验进行了计算分析,研究结果在实际使用中得到了验证。最后,从结构优化角度出发,对今后如何设计更大型的水平滑台提供参考方案。     

主动来流条件类平板断面气动力荷载效应分析

利用日本宫崎大学11×9多风扇主动控制来流风洞和高精度动态天平测力设备,测量了类平板断面在正弦风波来流条件三分量气动力荷载,比较了不同来流平均风速、波动幅值、脉动频率和积分尺度等参数条件下类平板断面荷载效应.报导并证实了大气边界层物理风洞固定壁面边界反射效应所产生的倍频放大效应;在获得并验证正弦风波加载离散频率荷载效应可线性迭加的有效频段区间内,初步比较了来流积分尺度和风速湍流度效应对于气动荷载效应的影响,阐明典型节段模型风洞试验结果与传统随机抖振气动力理论的差异.     

超高/超声速轴向运动梁的模态频率特性

研究了高速轴向运动梁的横向振动特性.首先采用Hamilton原理得到了两端自由轴向运动梁的振动方程和边界条件.再运用伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程.最后研究了对梁的振动频率影响较大的3个方面:(1)轴向速度,第一阶固有频率随轴向速度增加而减小,存在一个失稳的临界速度;(2)质量亏损,梁的某部分质量亏损可以增加固有频率;(3)热效应,温度上升会减小梁的弹性模量,使得固有频率减小.     

主动磁悬浮轴承系统实时不平衡力补偿控制

针对主动磁悬浮轴承(AMB)系统中与转速同频的周期性不平衡激励对系统稳定性以及其他性能的影响,提出一种基于变步长最小均方算法作为前馈补偿控制器的新的实时前馈自动平衡策略.此控制器能够提供适当的正弦信号用来补偿转子反馈位移信号中的与转速同频的不平衡响应,从而降低控制电流的波动以及减弱AMB系统的主动控制作用.通过分析标准LMS算法原理以及其在AMB系统实时滤波补偿应用中的不足,得到新的与转速成比例的LMS算法步长因子.实验结果表明,该算法能够在一个宽频带内实现实时不平衡力补偿控制,有效降低不平衡激励对系统基础的影响,为转子速度的进一步提高提供便利.     

基于目标威胁度计算的相控阵快速确认跟踪模式

机载相控阵雷达在探测远程、低空、高速目标时具有较大潜力。本文对机扫加相扫雷达环境下,如何充分发挥相控阵优势,提高机载雷达跟踪远程低空高速目标性能展开研究,在传统边扫边跟(Track while scan,TWS)技术基础上,给出了一种基于目标威胁度的快速确认跟踪模式。该模式采用有效的相控扫描策略,充分利用其波束捷变能力,通过相控回扫,一方面快速起始航迹,增加高威胁目标的跟踪距离;另一方面适当增加探测数据率,提高对远距高威胁目标的跟踪性能。仿真试验表明,新跟踪方法不但可以较好克服目标雷达散射截面积(Radarcross section,RCS)起伏影响,较快地起始和跟踪目标航迹,而且保留了TWS方法覆盖空域广的优点。     

基于神经网络的风洞尾支杆减振系统

风洞试验时,由于气流的影响,测试用悬臂式尾支杆容易产生大幅度低频振动,这会严重影响测试精度,甚至损坏自身结构。为了有效抑制尾支杆的振动,本文设计了基于压电组件的主动减振系统,并将人工神经网络应用于PID控制,提出了神经网络PID智能控制算法。对尾支杆进行有限元分析,获取其模态参数。然后设计试验测试减振系统的性能,将神经网络PID与经典PID的控制效果进行对比。试验结果表明:在连续载荷的作用下,采用经典PID控制算法与神经网络PID均可达到有效控制(减振幅度70%以上),且神经网络PID在保证减振效果的情况下实现控制参数自整定,具有良好的鲁棒性。