电动振动台动力学建模及其扩展台面设计

论文摘要

振动台试验作为模拟振动环境,检验设备可靠性、动强度的一种有效手段,已经被广泛应用于设备的性能考核和动强度鉴定中。论文针对某一型号的电动振动台由于其扩展台面设计不合理,进行振动试验时,频繁出现设备被振坏,或者不能充分暴露设备内在缺陷这一现状,采用计算建模和试验建模相结合的方式,建立电动振动台的动力学仿真模型,并以该仿真模型为基础,在研究了螺钉在有限元环境中的等效处理方式后,进行了扩展台面的优化设计。论文主要工作包括:1.利用三维建模软件Pro/Engineer建立了电动振动台运动部分,即动圈的简化模型,并通过在有限元软件ANSYS中对该简化模型进行网格划分,以及边界条件的等效处理等工作,得到动圈的计算模型。依据电动振动台的随机振动试验以及恒压扫频试验结果,对计算模型各部分的材料参数进行了反复的修正。修正后的模型质量与实际质量一致,各阶模态频率最大相对误差在4%以内,对应的振型特点也基本一致,表明动圈计算模型能够反映动圈真实的结构和材料特性。2.针对螺钉在有限元环境中的处理方式,选取两组具有典型结构特点的板状夹具和盒形夹具,将两组夹具均采用粘接和弹簧单元连接的方式连接到动圈修正模型上,得到夹具与动圈的组合体模型,并在ANSYS中进行组合体模型的模态分析。通过与恒压扫频试验所得到的模态特性参数的对比和分析,确定以粘接方式对螺钉进行等效处理的方式更为通用。3.结合板状夹具和盒形夹具的优缺点,并依据使用要求给出了扩展台面的设计方案,同时以扩展台面的圆柱底座直径、加强筋数目以及加强筋厚度作为设计变量。通过各组扩展台面与动圈组合体的模态计算和谐响应计算,得出了各组组合体的传递特性的上限频率,在分析了组合体传递特性的上限频率与设计变量的变化关系后,通过折中考虑扩展台面的质量,确定了扩展台面的最佳设计方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 动力学仿真技术的进展
• 1.2.1 动力学建模及发展
• 1.2.2 有限元模型修正理论的发展
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的主要研究内容和研究方法
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 基本理论与计算方法
• 2.1 动力学基本方程
• 2.1.1 模态方程
• 2.1.2 响应方程
• 2.2 特征值求解的Lanczos方法
• 2.2.1 算法简介
• 2.2.2 重正交化处理
• 2.3 频率响应计算方法
• 2.3.1 直接频率响应分析
• 2.3.2 模态频率响应分析
• 第三章 电动振动台动力学建模
• 3.1 电动振动台简介
• 3.1.1 电动振动台的组成
• 3.1.2 电动振动台驱动力产生的原理
• 3.1.3 电动振动台控制系统的组成
• 3.1.4 电动振动台的控制原理
• 3.1.5 电动振动台的主要工作特性
• 3.1.6 电动振动台的一些特性参数
• 3.2 电动振动台仿真模型的建立
• 3.2.1 动圈有限元模型的建立
• 3.2.2 动圈有限元模型的网格划分
• 3.2.3 动圈有限元模型边界条件的施加
• 3.3 动圈有限元模型的修正
• 3.3.1 振动台随机振动试验
• 3.3.2 振动台恒压扫频试验
• 3.3.3 动圈有限元模型的修正
• 3.4 本章小结
• 第四章 螺钉等效处理方式研究
• 4.1 螺钉的两种处理方式
• 4.2 夹具选择及有限元模型的建立
• 4.2.1 夹具选择
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.3 夹具与振动台整体的恒电压扫频试验
• 4.3.1 板状夹具与动圈组合体的恒压扫频试验
• 4.3.2 盒形夹具与动圈组合体的恒压扫频试验
• 4.4 结果对比及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 振动台扩展台面设计
• 5.1 扩展台面相关知识
• 5.1.1 扩展台面的作用及常见结构
• 5.1.2 扩展台面的制造原则
• 5.1.3 扩展台面的设计规范
• 5.2 扩展台面的结构设计
• 5.2.1 设计目标
• 5.2.2 设计思路
• 5.2.3 扩展台面与动圈组合体的仿真计算
• 5.2.4 结果对比及分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文及参加科研课题
• 附图