冯晓斐[1]2002年在《梁热冲击响应的计算机辅助分析》文中研究说明本文以悬臂梁的热冲击响应分析为例，研究热冲击作用下结构的振动响应，推导了悬臂梁热冲击响应的理论分析公式，并用实验结果和数值计算结果加以比较。具体给出了热冲击载荷对结构的影响的算法，包括热振动的变化规律与冲击时间的关系，振动幅度的大小，以及振动周期和频率。为承载热冲击的结构设计，保证结构安全运行提供的重要依据。 论文第一章论述了梁热冲击响应分析的研究背景，研究目的和意义，以及主要研究内容。 论文第二章介绍了传热学的基本知识；在热冲击的情况下，详细推导出随着梁厚度变化的温度分布微分方程，求出温度力矩计算公式；并得到热冲击响应的理论分析公式。 论文第叁章介绍了热冲击响应的实验设备、自行设计的实验装置；描述了实验过程；分析并处理实验数据；以及得到的实验结果。 论文第四章介绍了有限元分析软件COSMOS，包括它的快速算法特点和分析模块；用COSMOS求解热冲击响应的过程，和最后得到的数值结果。 论文第五章把理论分析解、数值方法解、以及实验结果加以比较，证明了理论分析的正确性；以及数值计算方法的合理性。 论文第六章总结了全文的主要研究成果并展望了未来的研究方向。
周兰伟[2]2016年在《高速旋转柔性梁振动分析与智能控制研究》文中研究说明半个多世纪以来,旋转结构大量出现,并广泛应用于航空、航天等领域,其中绕自身轴线的旋转结构广泛应用于卫星的旋转支架、横轴旋翼机、机械轴等。旋转梁在高速旋转时,由自身的材料分布不均、外界扰动等原因引起的振动会引发飞行器的结构疲劳、安全性下降等问题,因此对此类旋转梁结构进行动力学分析及控制有着极其重要的意义。本文主要针对两端简支梁动力学模型进行了较为深入的研究,对压电作动器的动态性能、高速旋转柔性梁的动力学建模、有限元模型、模型降阶和振动控制进行了研究,并对旋转层合梁的热冲击响应及控制进行了研究。论文的具体研究内容如下:(1)对压电材料在高电压激励下的非线性特性及一端固支双压电晶片元件在不同电压比的直流、交流激励下的柔度进行了研究。结果表明直流激励对压电作动器的柔度的影响较小,而在交流激励下表现出不同的特性,其柔度随着交流电的强度增加而增加,但不受频率的影响。在此基础上建立了一端固支双压电晶片元件受交流电压激励时的动力学方程,其动态刚度与实验测得的数据具有较高的吻合度,从而验证了理论模型的正确性。(2)基于一阶近似理论对大变形下绕自身纵轴高速旋转的柔性梁进行了动力学分析。考虑了轴向与横向振动之间的耦合作用以及由偏心产生的离心力作用;采用Hamilton原理导出了旋转柔性梁在恒定转速下动力学方程,并分别采用假设模态法及有限元素法对所得动力学方程进行分析,得出恒定转速下柔性梁一阶近似模型与零阶近似模型动力学响应。二者对比表明柔性梁在低速旋转时刚柔耦合项的影响较小,可以忽略,可采用零阶近似模型;而在高速旋转时刚柔耦合项的影响较大,不可以忽略,应采用一阶近似模型以得到较为精确的结果。(3)采用压电分流控制方法对旋转柔性梁进行振动抑制,在分析旋转梁压电分流控制方程的基础上采用模拟退火算法对电路中的电阻、电感元件进行了优化。首先使用Hamilton原理建立了绕自身纵轴旋转柔性梁的压电分流阻尼控制方程,推导了基于压电分流控制的压电分流系统传递函数。建立传递函数的优化模型,并基于模拟退火优化算法思想对目标函数进行优化。最后针对旋转梁压电分流电路优化进行数值计算与分析。仿真结果表明:压电分流阻尼系统可以很好地抑制柔性旋转梁振动响应;与遗传算法相比,模拟退火优化算法不仅可以取得更好的优化效果,且优化效率得到了极大的提高。(4)针对绕自身纵轴高速旋转柔性梁系统,开展模型降阶和智能振动控制研究。采用内平衡模型降阶方法对系统有限元模型进行模型降阶,基于降阶模型提出模糊自适应整定PID控制算法的旋转柔性梁振动智能控制方法。研究表明内平衡模型降阶方法得到的降阶模型可以很好地逼近和代替原系统;与传统的PID控制器相比,基于降阶模型的模糊自适应整定PID控制器对旋转梁的振动抑制效果更突出,并能更好地改善系统的动态和静态性能。(5)为了解决现有的压电作动器的输出较小及在旋转结构中布置等问题,研究无接触激励式压电作用堆振动控制方法。固定在旋转梁上的导线在磁场中作切割磁感线运动,产生的控制电压对压电作用堆进行激励产生弯矩从而对旋转梁进行振动控制。运用速度反馈控制方法、模糊自适应滑模控制理论设计了控制器。结果表明无接触激励式压电作用堆能够使旋转梁的横向振动较快地衰减并能够解决旋转结构中作动器布置困难的问题,验证了控制器的有效性。(6)研究了两端简支高速旋转柔性梁在热冲击作用下的动力学响应和控制。采用Hamilton原理建立受到热冲击的旋转柔性梁的动力学方程,采用中心差分法对结构的动力学响应进行近似求解,并对热冲击状态下的热模态和频率进行研究。设计智能控制器,对旋转梁的热冲击响应进行振动控制研究。
王亮[3]2011年在《轴向运动梁动力学及控制研究》文中研究指明轴向运动梁是一种重要的工程元件简化模型，如硬式空中加油管、平推式架桥、快速升起的野战雷达天线、高速飞行的火箭和导弹等，都可以将其简化为轴向运动梁。对轴向运动梁的动力学及振动控制研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对两种轴向运动梁动力学模型进行了较深入研究。一种为轴向运动悬臂梁模型，对其横向振动动力学建模、振动控制方法和试验等进行了研究；另一种为轴向运动两端自由梁模型，分析了其横向振动的动力学建模和稳定性，并研究了热效应对梁的动力学特性的影响以及金属热防护系统(MTPS)动力学建模等问题。论文的具体内容如下：（1）分析了端部集中质量对轴向运动悬臂梁振动模态的影响。运用D'Alembert原理建立了轴向运动悬臂梁的横向振动的动力学模型，导出了基于伽辽金法的瞬时线性化近似求解方程组。通过数值计算和试验研究了两种满足不同正交性条件的悬臂梁的振型对系统响应求解结果的影响。结果表明，在使用伽辽金法对自由端带有集中质量的轴向运动悬臂梁响应求解的过程中，当端部集中质量较小时，使用均匀悬臂梁的振型函数代替自由端含有集中质量悬臂梁的振型函数进行求解，造成的误差较小。（2）对轴向运动悬臂梁横向振动的力控制方法和子系统吸振方法进行了研究。采用Hamilton原理得到了跨内含有主动控制力或端部带主动振子的轴向运动悬臂梁的振动方程和边界条件，并且运用修正的伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程。运用线性二次型调节器（LQR）方法设计了主动振子和主动力控制器，采用加权系数法选择Q，R矩阵。用数值计算仿真了两种控制方案的效果。结果表明，采用主动振子或主动力都能够有效地控制轴向运动悬臂梁的横向振动。在相同的初始条件下，主动力控制的效果比主动振子要好，但主动振子的物理可实现性要优于主动力。（3）设计制造了轴向运动悬臂梁试验平台，通过该平台研究了轴向运动悬臂梁的阻尼与边界条件等效建模方法。利用模态迭加法得到了轴向运动梁的横向振动方程，通过实测梁在不同长度下的第一阶固有频率，调整理论计算模型中的悬臂长度来达到对悬臂边界条件的修正。研究发现，梁的长度修正量与梁的实际悬臂长度无明确相关性。使用对数衰减率方法识别出多个长度下梁的第一阶衰减系数，通过数值拟合，建立了衰减系数与梁长度的关系。结果表明，修正后模型的横向振动响应计算结果与实测结果吻合较好，验证了模型修正的有效性。（4）设计制造了非接触激振装置，并分别运用速度反馈控制方法、线性二次型高斯模型（LQG）控制理论和H∞控制理论设计了叁种控制器。在试验平台上对轴向运动悬臂梁横向振动控制进行了较深入研究。结果表明，当施加控制后，梁的横向振动可更快速衰减，验证了控制方法的有效性，且试验数据与数值仿真结果吻合也较好。（5）以高超声飞行导弹为背景，研究轴向运动两端自由梁的横向振动特性。运用Hamilton原理建立了梁截面连续变化，任意位置带有附加质量的轴向运动两端自由梁横向振动动力学模型，并且运用修正的伽辽金法得到了求解系统响应的近似方程。分别研究了轴向运动效应，质量耗损和温度效应对梁的动力学特性影响。通过Lyapunov稳定性准则得到系统的指数一致稳定判据，详细研究了集中质量的放置位置和截面形状对梁稳定性的影响。结果表明，具有正值的单位长度质量密度斜率的系统更加稳定，合适放置集中质量可以增加结构的阻尼，并且轴向运动和热效应会降低结构的刚度使得结构固有频率下降。（6）研究了轴向运动两端自由梁在热冲击作用下的动力学响应及控制。采用Hamilton原理建立了受热冲击和舵面控制力作用的轴向运动两端自由梁的方程，运用伽辽金法对系统响应进行近似求解。运用LQR法设计了最优控制器，采用加权系数法选择Q，R矩阵。采用数值方法研究了轴向速度为2马赫时，模型在受到热冲击下的动力学响应及控制。（7）研究了外部带金属热防护系统的梁式结构的动力学建模，以及热模态计算的简化方法。给出了蜂窝结构面外的等效热传导系数、比热容、密度和弹性系数的表达式，建立了包括外层蜂窝、中间防热层、内层蜂窝、应变隔离层和承力结构的完整模型。研究了外表面受高温加热情况下，结构的热力学响应及弯曲模态。提出了带金属热防护系统的结构弯曲热模态计算的简化方法，实现了带金属热防护系统的结构弯曲热模态的快速计算，并且验证了温度对结构模态有较大影响。
刘海洋[4]2016年在《减压渣油泵模拟研究及其应用》文中研究表明减压渣油泵是炼油装置中的关键设备,其输送介质为高温渣油,由于使用工况苛刻,该设备产品常采用国外进口,故而对减压渣油泵的抗汽蚀性能及在输送高温介质条件下的结构优化设计,实现该类泵设备的国产化,降低生产成本及维修费用具有重要意义。本文以中国石化海南炼油化工有限公司炼油装置中的某型高温减压渣油泵为研究对象,对该泵的结构进行优化设计,以改善其抗汽蚀性能以及克服口环的磨损过快的缺点。在泵结构上,采用ZE系列流程泵结构模式,单级中心支撑悬臂式结构,水力设计上以优化汽蚀性能为前提,在参照优秀水力模型的基础上,利用速度系数法对叶轮的水力进行抗汽蚀性能设计,并通过传统的设计方法进行泵壳体水力的设计,并与叶轮水力组合成两组水力模型。利用Pro/E叁维软件进行建模,CFD有限元模拟软件CFX的前处理模块ICEM-CFD来划分计算流场区域网格,利用CFX对两组水力模型在叁种工况下内部汽蚀流场进行数值模拟,并对汽蚀性能进行预测。从而得到汽蚀性能较好的水力模型。本文利用Workbench的自适应网格技术进行整机叁维模型网格的自动划分。根据高温流程泵在实际应用时的工况特点,在泵进口及出口法兰处施加载荷,并同过热-固耦合进行分析。通过分别对模型在250℃和300℃时的应力应变进行了分析,得出了泵体和泵盖零部件受热变形的规律,并通过计算并比较材料的安全许用应力值,验证其设计满足工况要求。在水力模型基础上,进行口环间隙上结构设计。本文采用ANSYS Workbench软件对减压渣油泵进行热-固耦合有限元计算模拟分析,分别研究了泵在介质温度为200℃、250℃、300℃时,温度对泵体、泵盖的应力应变大小及位置的影响,同时研究了不同温度条件下,口环及其配合间隙的变化,为高温离心泵口环配合间隙的合理设计提供了一定的参考依据。根据相关计算结果,委托国内某大型泵厂生产了两台减压渣油泵,自投用以来使用效果好,泵的抗汽蚀性能得到了提升,因而振动降低了,口环的磨损也有了改善,口环更换频率由原来的2-3次/年变为1次/年。
孙凯鹏[5]2015年在《梁、板结构的热弹性动力学及其反问题研究》文中认为高速飞行器在大气层中执行任务时,其结构将承受气动载荷和气动加热,而气动加热将给结构力学行为带来众多不利影响。一方面,气动加热使结构的弹性属性(如杨氏模量)显着降低,进而降低结构材料的承载能力。另一方面,结构边界约束会限制材料热膨胀,产生热应力,进而降低结构的抗屈曲能力,并使结构动力学特性发生显着变化。因此,对高温环境下梁、板结构动力学特性的研究有助于理解和揭示热环境下飞行器结构所呈现的复杂动力学行为。本文采用线性和非线性有限元建模技术对热环境下的梁、板结构建模,对非定常高温环境下的梁、板的热弹性动力学正问题和反问题进行研究。论文的主要内容和学术贡献如下:1.在时变温度场中,建立了含轴向弹性支撑的细长梁和含面内弹性支撑的矩形薄板的热振动有限元模型。基于时变自回归(TVAR)模型,提出一种识别温度变化条件下结构时变模态参数的方法。在该方法中,结合BIC准则和灰色关联度分析,确定TVAR模型阶数和基函数维数。针对多种类型的非定常加热环境,采用该方法识别了上述细长梁和矩形薄板的时变模态参数,研究了方法的有效性。2.针对非定常热环境中的弹性结构,考虑时变的材料属性和热应力,提出了一种识别结构温变属性的方法。该识别问题可以描述为如下有限元模型修正过程:首先将温变属性表示为一个低阶多项式;然后构建一个整合的目标函数,采用粒子群优化技术寻求该目标函数的最小值,从而同时确定上述多项式的系数和阶数。通过在均匀分布温度场中具有轴向可移动边界双简支梁的参数识别问题,验证了该方法的有效性。3.设计了高温环境下的梁状结构振动实验,研究了非定常热环境中梁状结构的时变模态参数识别和有限元模型修正问题。基于识别的模态参数,采用Kriging代理模型和基于优化的有限元模型修正方法,修正了该结构的有限元模型。实验结果验证了时变模态参数识别方法的有效性,修正后的模型瞬时频率和实验识别结果高度吻合。4.针对柔性梁容易发生热屈曲等大变形行为,发展了一种基于绝对节点坐标描述的缩减热弹性梁单元,并采用该单元研究了热弹性梁的动力学方程求解、模态分析、线性屈曲以及非线性屈曲等问题。通过数值算例探讨了悬臂梁的大变形、线性和非线性屈曲,稳态温度环境下简支梁的前屈曲和后屈曲行为,非定常温度环境下简支梁的时变模态参数识别等问题。
戴煊[6]2010年在《应用于GSM收发机的数字控制振荡器(DCO)设计》文中认为本文采用90 nm CMOS工艺设计了一个应用于四频带GSM收发机的频率分辨率增强型数控振荡器。各章节均从传统锁相环或振荡器出发,简单介绍已发展较为完善的环路模型,压控振荡器原理,噪声分析等内容;随后引出全数字锁相环、数控振荡器的建模、设计方法,优化措施以及性能指标上的分析推导。本文的主要贡献在于结合数控振荡器设计,提出一种新型的串联开关变容管,该结构突破传统工艺限制,减小了可达到的电容差值,由此提高了数控振荡器的频率分辨率,进而改善了振荡器的相位噪声性能。文章对该模型进行了理论分析并将此变容管应用在所设计数控振荡器的电容阵列中,在数字加抖前,实现了1.6 kHz的频率分辨率,并达取得了好的频率线性度。此外,振荡器的开关毛刺功率和相位噪声性能也因频率分辨率的提高而得到改善,平均功耗8.16 mW,达到了-187的设计优值。本设计证明该频率分辨率增强型数控振荡器能够被应用于四频带GSM收发机的全数字锁相环中。
参考文献：
[1]. 梁热冲击响应的计算机辅助分析[D]. 冯晓斐. 浙江工业大学. 2002
[2]. 高速旋转柔性梁振动分析与智能控制研究[D]. 周兰伟. 南京航空航天大学. 2016
[3]. 轴向运动梁动力学及控制研究[D]. 王亮. 南京航空航天大学. 2011
[4]. 减压渣油泵模拟研究及其应用[D]. 刘海洋. 华南理工大学. 2016
[5]. 梁、板结构的热弹性动力学及其反问题研究[D]. 孙凯鹏. 南京航空航天大学. 2015
[6]. 应用于GSM收发机的数字控制振荡器(DCO)设计[D]. 戴煊. 上海交通大学. 2010
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