旋转态内嵌流体柔性梁板自适应减振评价方法研究
  • 【摘要】

    随着现代科学技术的不断发展,柔性机械结构在机械制造、机器人、航空航天器、车辆和兵器等工程领域得到了广泛的应用.由于柔性结构具有高柔度、结构阻尼小和模态频率低且密集等特点,使其在执行位置-位置动作时,会产生有害的附加残余振动,对精确完成设定动作有较大影响,同时亦会引起构件的疲劳和损伤,所以控制柔性结构残余振动一直是振动控制领域的重要研究课题.针对运动柔性机械结构需精确、快速、平稳地控制残余振动的工程... 展开>>随着现代科学技术的不断发展,柔性机械结构在机械制造、机器人、航空航天器、车辆和兵器等工程领域得到了广泛的应用.由于柔性结构具有高柔度、结构阻尼小和模态频率低且密集等特点,使其在执行位置-位置动作时,会产生有害的附加残余振动,对精确完成设定动作有较大影响,同时亦会引起构件的疲劳和损伤,所以控制柔性结构残余振动一直是振动控制领域的重要研究课题.针对运动柔性机械结构需精确、快速、平稳地控制残余振动的工程背景,课题组提出并研究了一种新的残余振动被动控制策略-内嵌式粘性流体单元(IVFU)自适应减振理论及相应的力学方法,利用运动柔性结构诱发的内嵌流体所产生的反作用力、运动、调频和阻尼等多重效应来减弱其自身的残余振动.本论文工作为国家自然科学基金项目"内嵌式粘性流体自适应减振理论及其在柔性结构中的试验研究"(No.10372076)的主要研究内容之一,以内嵌式粘性流体柔性结构自适应减振理论为研究基础,以内嵌粘性流体柔性结构旋转态残余振动为研究对象,以现代非平稳信号特征提取为手段,主要对内嵌粘性流体方式自适应消减运动柔性结构残余振动的效果评价方法进行了研究.内嵌流体柔性结构旋转态残余振动是由驱动电机停电后自由减速阶段所产生的强迫振动和电机停转后柔性结构自身的自由衰减振动混合构成的,残余振动响应表现为复杂非平稳衰减信号,具有刚体衰减转动慢变信号与柔性结构残余振动快变信号相耦合的特征.在柔性结构残余振动衰减过程中,内嵌粘性流体重新分布,且流体运动不可控,使该复合结构成为一个时变系统,其模态特征参数是随时间变化的,因此对其模态参数的提取变得非常复杂,导致对残余振动自适应减振效果的评价也变得异常困难.本文研究了基于非平稳信号特征提取的时频分析方法提取旋转态内嵌流体结构模态特征参数,用来评价内嵌粘性流体方式消减运动柔性结构残余振动的减振效果.在自主研制的内嵌自主移动质量梁板旋转试验台(BP-RTB)上进行了多种物理结构模型(平槽梁,斜槽梁,薄壁梁,柔性板等)内嵌不同质量或不同性质的流体介质(水、不同粘度的硅油及混合介质等)在不同频率旋转态激励下的自适应减振试验,完成了试验方法的设计改进及内嵌流体结构旋转态残余振动复杂衰减信号的采集与试验数据的分析处理.针对内嵌流体结构旋转态残余振动信号中低频趋势项分量的有效提取,提出了一种新的基于波形均值的模式分解方法,改进了经验模式分解中局部均值的求解方法.在保证信号局部均值求解精度的同时,提高了分解效率,避免了原经验模式分解过程中的过包络和欠包络问题,验证了方法在提取信号趋势项方面的普适性.针对信号经验模式分解过程中模态混淆的现象,提出了聚类经验模式分解结合前置小波包频带滤波方法,用于提取旋转态内嵌流体梁板结构主振动响应信号,在此基础上分别采用Laplace小波相关滤波法和随机减量技术结合Hilbert变换识别柔性结构的模态特征参数,比较了不同方法识别的结构模态参数结果,具有基本一致的变化趋势,表明内嵌粘性流体方式在一定条件下可以有效地消减运动柔性结构的残余振动.最后,作为基金项目研究的核心软件之一,基于MATLAB GUI平台自主研发了内嵌流体梁板结构旋转态残余振动信号处理及自适应减振效果评价软件,集成了相关性与谱分析、幅值分析、转速谱估计等经典信号处理方法及本文研究的旋转态内嵌流体柔性梁板结构残余振动非平稳信号特征提取方法.软件具有多功能、多参数分析,人机交互界面友好等特点.内嵌不同流体介质梁板旋转态残余振动信号处理结果验证了软件的有效性和可靠性. 收起<<

  • 【作者】

    荆栋 

  • 【学科专业】

    工程力学

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    西安交通大学

  • 【导师姓名】

    徐晖

  • 【学位年度】

    2010

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    内嵌流体单元梁/板%柔性结构残余振动%非平稳信号特征提取%经验模式分解%自适应流体被动减振