振動學前沿講座

振動學前沿講座一、振動問題可以分為以下三類：1.振動分析—在激勵和系統(tǒng)特性已知的情況下，求系統(tǒng)的響應問題；2.振動環(huán)境預測—在系統(tǒng)特性和響應已知的情況下，反推系統(tǒng)的激勵問題；3.系統(tǒng)識別—在激勵和響應已知的情況下，確定系統(tǒng)的特性問題。（用試驗模態(tài)技術識別方法，識別出系統(tǒng)。若對振動系統(tǒng)有部分了解，稱為灰箱問題，若對系統(tǒng)一無所知，稱為黑箱問題）。二、振動的分類1.根據(jù)系統(tǒng)的激勵類型分為：a自由振動；b強迫振動；c自激振動；d參數(shù)振動。2.根據(jù)系統(tǒng)響應（輸出）特性（振動規(guī)律）分為：a簡諧振動；b周期振動；c瞬態(tài)振動；d隨機振動。3.根據(jù)描述系統(tǒng)的微分方程分類：a單自由度系統(tǒng)的振動；b多自由度系統(tǒng)的振動；c無限多自由度系統(tǒng)的震動。

隨著科學技術的發(fā)展，振動及設備動態(tài)特性引起的問題受到各行各業(yè)的高度關注。例如：導彈、飛機和火箭在飛行中，由于發(fā)動機和氣流擾動及結構動態(tài)特性所造成的振動直接影響到飛行安全和控制精度；車輛在凹凸不平的路面上行駛時的振動直接關系到駕駛性能與乘坐的舒適性；機械加工設備的振動直接影響到加工的精度和有效性；大型旋轉機械的振動信號直接反映了設備運轉的主要信息；高層建筑、橋梁由于風載和地震所產生的振動直接關系到這些結構的安全。

要解決各種各樣的振動及動態(tài)特性問題，研究系統(tǒng)的動力學特性，分析產生振動的原因，考核設備適應振動與環(huán)境的關系，除了理論分析外，對結構、系統(tǒng)和設備進行振動測試與信號分析是必不可少的重要手段。振動測試與信號分析技術是機械動力學學科的重要分支之一，是機械動力學工程應用的一個極為普遍的方面。

一般振動測試技術大致可分為兩類。：一類是測量設備和結構工作或實驗時所存在的振動，這種測量可以利用振動信號對設備和結構的運行狀態(tài)進行監(jiān)測評估和故障診斷；另一類是系統(tǒng)特征參數(shù)的測試，包括系統(tǒng)的頻響函數(shù)、脈沖響應函數(shù)、模態(tài)參數(shù)和物理參數(shù)等。這類測試往往要對設備或結構施加某種激勵或利用環(huán)境自然激勵，使其產生振動，然后測量其振動，此類測振的目的是研究設備或結構的力學動態(tài)特性。

要研究設備或結構的動力學特性，通常需要通過模態(tài)實驗獲得結構的模態(tài)參數(shù)即固有頻率、阻尼比和振型。模態(tài)實驗的方法可以分為兩大類：一類是經典的純模態(tài)實驗方法，該方法是通過多個激振器對結構進行激勵，當激振頻率等于結構的某階固有頻率，激振力抵消結構內部阻尼力時，結構處于共振狀態(tài)，這是一種物理分離模態(tài)的方法。

另一類是數(shù)學上分離模態(tài)的方法，最常見的方法是對結構施加激勵，測量系統(tǒng)頻率響應函數(shù)矩陣，然后再進行模態(tài)參數(shù)的識別。

在有些情況下，無法施加人工激勵，比如大型橋梁，這時利用自然激勵，比如風載、地震等自然激勵來識別模態(tài)參數(shù)的方法就顯得重要了。機械振動研究分為振動理論、振動控制和振動利用三大塊。

對機械工程而言，振動工程學的前沿問題主要有以下幾個方面：振動利用技術；振動控制技術；工程非線性振動技術；反共振技術等。下面就幾個重要的發(fā)展方向簡要介紹一下。1、振動利用技術----振動發(fā)電、振動摩擦等振動利用工程是近幾年發(fā)展起來的新學科。2、振動控制技術（振動主動控制）

振動主動控制技術最引人注目的進展是集傳感器、控制器、作動器與結構為一體，以減振和降噪為目標的智能結構。

當前，研究的熱點是基于壓電傳感器和作動器的智能結構，控制策略則來自自適應控制、神經網(wǎng)絡控制、非線性控制、混合控制等控制理論的新成果。隨著對振動控制要求的提高，非線性控制和時滯控制正日益引起人們的注意。

無論是受迫振動、自激振動，還是隨機振動（主要研究動力學系統(tǒng)在隨機性激勵下的響應特性），非線性振動技術都是需要解決的前沿熱點問題。在工程系統(tǒng)中，有許多動力學問題都是非線性的，它們的數(shù)學模型和運動方程可以用非線性動力系統(tǒng)來描述。3、工程非線性振動有限元分析在大型振動篩設計中的應用一、研究背景及方法二、有限元模型的建立三、有限元模型的處理及模態(tài)分析四、結果分析五、結論一、研究背景及方法

以往，建造一座一定規(guī)模的選煤廠需要將大量中、小型規(guī)格的振動篩分設備并聯(lián)使用才能滿足篩分作業(yè)的生產要求。普通直線振動篩處理能力低，篩分效率只有60％～70％，這不僅造成選煤廠占地面積龐大，而且還有設備能耗高、維護量大等一系列問題。隨著我同選煤廠建設規(guī)模趨向大型化，選煤工作者設計出了一種各項指標先進的大型香蕉型直線振動篩(以下簡稱“香蕉篩”)。與同規(guī)格的其他類型的篩機相比，該機處理能力增加了40％～60％，篩分效率在90％～95％之間，不僅滿足了大型選煤廠工藝需要，還簡化了選煤廠工藝系統(tǒng)，節(jié)省了建設投資，減少了篩分設備的使用數(shù)量，降低了能耗、設備維護量，經濟效益十分顯著。但是，目前國產大型振動篩在可靠性方面與國際先進水平還有差距，因此，研究和解決大型振動篩的可靠性問題勢在必行。二、有限元模型的建立

對大型復雜結構件進行動態(tài)特性分析，建立有限元模型十分重要，為使該模型能很好地反應結構的真實情況，利用有限元分析軟件ALGOR對SXJ426l型香蕉篩進行建模分析。以整個篩箱建立的有限元模型(圖1)，模型主要由體單元、質量單元和彈性單元組成。整個篩箱是由橫梁、驅動梁、加強梁、前后端梁及側板構成一種空間金屬桁架結構。三、有限元模型的處理及模態(tài)分析1.有限元網(wǎng)格劃分;2.邊界條件的確定;3.擾力分析;4.模態(tài)分析.四、結構強度分析計算

本篩機采州有限元分析軟件ALCOR來求其應力值的數(shù)值解。在分析中，同樣SXJ4261型香篩篩箱離散為空問梁單元、殼單元、彈簧單元。篩箱整體應力分布如圖8所示。結論：通過對篩箱的實際應力測試來驗證計算出的結果，測試表明理論算和實際測試的應力值基本接近。計算值和測試值之問的誤差，主要由于在建立模型時，作了一些結構上的簡化。當然在測試過程中的有些素也會對測試結果的精度產生影響。測試的應力值也列于表3，測試點的位置見圖9。

從篩箱的理論計算應力分布圖可知，篩箱最大=20.2MPa；而制作篩箱所使用的材料的力學性能為：強度極限值：=375M