機(jī)械動力學(xué)演示文稿一1課件

機(jī)械動力學(xué)第一章緒論§1－1機(jī)器動態(tài)性能動剛度動精度熱穩(wěn)定性動力特性動剛度具體講：抵抗振動的能力抗振性加工質(zhì)量穩(wěn)定性切削效率[1-1]§1－2機(jī)械動力學(xué)的基本內(nèi)容屈維德說：振動設(shè)計(jì)、系統(tǒng)識別和環(huán)境預(yù)測三者可概括為現(xiàn)代機(jī)械動力學(xué)研究的基本內(nèi)容1.振動設(shè)計(jì)（動態(tài)設(shè)計(jì)）：已知激勵(lì)，規(guī)定

響應(yīng)要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的振動特性●又稱動力學(xué)的逆問題

●反復(fù)試湊修改的過程[1-2]2.系統(tǒng)識別：給定系統(tǒng),已知激勵(lì)，測試響應(yīng)用測試數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合方法確定振動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

●

已知機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動方程一般形式時(shí)，系統(tǒng)識別簡化為參數(shù)識別●又稱動力學(xué)的正問題

●系統(tǒng)識別屬動力分析范圍●

動力分析研究三方面問題：固有特性問題（系統(tǒng)識別參數(shù)識別）動力響應(yīng)問題動力穩(wěn)定性問題[1-3]

4.

動態(tài)載荷：迅速變化（交變突變）的載荷

5.

工程中許多問題必須作為動態(tài)問題處理6.動態(tài)問題的特點(diǎn)

a.復(fù)雜性：載荷作用的“后效性”響應(yīng)對過去載荷經(jīng)歷的“記憶性”靜載荷靜變形與加載過程無關(guān)[1-5]b.危險(xiǎn)性：共振現(xiàn)象自激振動（顫振）c.超常性：其現(xiàn)象、規(guī)律及防治方法超越生活常識（削邊鏜桿動力減振器）先有嚴(yán)謹(jǐn)完善理論后有工程應(yīng)用參考書昆明工學(xué)院《機(jī)床動力學(xué)》ⅠⅡ清華大學(xué)《機(jī)械振動》S．A．TOBAIS《機(jī)床動力學(xué)》WILLIAMT.THOMSON《TheoryofVibrationwithApplications》師漢民等《機(jī)械振動系統(tǒng)》[1-6]§1－5振動的控制一.振動控制實(shí)現(xiàn)途徑1.振動工程重要分支出發(fā)點(diǎn)和歸宿2.振動控制：利用抑制3.振動控制的五個(gè)環(huán)節(jié)(1).確定振源特征：振源位置激勵(lì)特性振動特征：受迫自激振動(2)確定振動控制水平:衡量振動水平的指標(biāo)（位移速度加速度應(yīng)力）量（最大值均方根值）確定振動控制方法：隔振吸振阻振消振結(jié)構(gòu)修改(4)振動分析與設(shè)計(jì)：建立受控對象和控制裝置的力學(xué)模型，設(shè)計(jì)控制裝置參數(shù)和結(jié)構(gòu)控制裝置：吸振器隔振器阻尼器等

(5)實(shí)現(xiàn)[1-7]

二.振動控制的分類1.按不同性質(zhì)的振動分(1)動力響應(yīng)的控制：受迫振動的控制（共振）(2)動力穩(wěn)定性的控制：自激振動的控制2.按不同抑制振動手段分（5種）(1)消振：消除或減弱振源（治本）●動平衡方法消除質(zhì)量不平衡引起的離心力及力矩

●車刀顫振冷卻劑減少車刀后刀面與工件間磨擦力（破壞產(chǎn)生顫振的條件）

●抵消振動：由控制引起的振動抵消未加控制的原振動(2)隔振：振源與受控對象之間串加一個(gè)子系統(tǒng)(3)吸振：動力吸振—-受控對象上附加一個(gè)子系統(tǒng)[1-9](4)阻振：阻尼減振---受控對象上附加阻尼器或阻尼元件（消耗能量）(5)結(jié)構(gòu)修改：修改受控對象的動力學(xué)特征參數(shù)（質(zhì)量剛度阻尼參數(shù)）實(shí)際存在的受控對象：結(jié)構(gòu)修改問題設(shè)計(jì)階段的受控對象：動態(tài)設(shè)計(jì)問題3.按是否要能源分(1)無源控制：被動控制(2)有源控制：主動控制[1-10]三、振動主動控制1.兩類控制方式：開環(huán)閉環(huán)

開環(huán)控制

閉環(huán)控制

開環(huán)控制：控制器中的控制規(guī)律是預(yù)先設(shè)置好，與振動狀態(tài)無關(guān)閉環(huán)控制：控制器按受控對象的振動狀態(tài)為反饋信息而工作2.振動主動控制系統(tǒng)的組成受控對象：控制對象（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的總稱）(2)作動器：又稱作動機(jī)構(gòu)。提供作用力（或力矩）的裝置[1-11]3.兩類振動主動控制問題:動力響應(yīng)的主動控制動穩(wěn)定性的主動控制四、振動主動控制的應(yīng)用簡介1.二十世紀(jì)20年代電磁閥控制的緩沖器（雛型）2.1960年前后出現(xiàn)復(fù)雜振動主動控制系統(tǒng)---解決航空工程的振動問題59年對B—52型飛機(jī)機(jī)身側(cè)向彎曲模態(tài)進(jìn)行主動控制美國空軍飛行動力實(shí)驗(yàn)室兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)模態(tài)控制的研究：一項(xiàng)66年開始“載荷減輕與模態(tài)鎮(zhèn)定”另一項(xiàng)67年開始“突風(fēng)減緩與結(jié)構(gòu)動力增穩(wěn)系統(tǒng)”為飛機(jī)顫振主動抑制的研究創(chuàng)造了條件3.1971年9月止,B-52G、H型飛機(jī)都裝上了抑制低頻結(jié)構(gòu)模態(tài)振動系統(tǒng).[1-13-1]航天工程領(lǐng)域：大柔性結(jié)構(gòu)(大型天線太陽能電池板空間站)其模態(tài)頻率低且密集、阻尼小在太空運(yùn)行時(shí),一旦受外干擾,大幅度的自由振動要延續(xù)很長時(shí)間.由此提出許多主動控制的新方案.機(jī)械工程領(lǐng)域：采用主動控制技術(shù)消除柔性機(jī)器人臂在終端位置處的振動抑制撓性轉(zhuǎn)軸通過臨界轉(zhuǎn)速的主動控制研究,是當(dāng)今轉(zhuǎn)子動力學(xué)研究熱點(diǎn)交通運(yùn)輸工程領(lǐng)域：車輛主動隔振、半主動隔振方面,已研制出主動支承元件.4.1980年振動主動控制的研究從航空工程擴(kuò)展到其它工程領(lǐng)域[1-13-2]五、振動主動控制的近期新進(jìn)展1.受控對象與控制器的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì)有三種不同的解法：(1)串行(順序)解法：受控結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)分成兩個(gè)”獨(dú)立”階段進(jìn)行.在完成一次循環(huán)迭代后,與前一次循環(huán)迭代結(jié)果進(jìn)行比較,以決定需再從哪個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì).(2)并行(同時(shí))解法：受控結(jié)構(gòu)與控制器設(shè)計(jì)參數(shù)都等同地視為設(shè)計(jì)變量,同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化.(3)多級分解的一體化設(shè)計(jì)方法：把整個(gè)優(yōu)化過程分為系統(tǒng)級和子系統(tǒng)級的優(yōu)化[1-14](3)形狀記憶材料作動形狀記憶效應(yīng)（ShapeMemoryEffectSME）指某些具有熱彈性或應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變的材料處于馬氏體狀態(tài)，并進(jìn)行一定限度的變形后，在隨后加熱并超過馬氏體相消失溫度時(shí)，材料能完全恢復(fù)到變形前的形狀和體積。經(jīng)過處理,材料能記憶其在相變前后的形狀.可加工成片材、絲線、薄膜，特別是產(chǎn)生大的應(yīng)力或應(yīng)變包括形狀記憶合金(NiTiCuZnAlCuAlNi最具實(shí)用價(jià)值)。應(yīng)用范圍：低頻振動的控制(形狀記憶材料響應(yīng)慢)[1-16](4)磁致伸縮材料作動器磁致伸縮材料在外加磁場的作用下,其尺寸、體積等會發(fā)生改變,能提供較大控制力,并且在低壓電流產(chǎn)生的磁場中具有很好的線性度和電場變化的響應(yīng)能力.如純鎳NiFeNiCo等應(yīng)用范圍：高精度微幅隔振和自適應(yīng)結(jié)構(gòu)(5)電流變流體由不導(dǎo)電流體和細(xì)小的懸浮狀可極化的粒子組成.在通電狀況下在極短的時(shí)間內(nèi),粒子極化,液體變成固體,懸浮粒子極化形成很強(qiáng)的靜電引力鏈,這種鏈即使斷開,仍能重新結(jié)合起來。當(dāng)電場撤消后,材料又恢復(fù)液態(tài)玉米油中加入玉米淀粉礦物油中加入硅膠變壓器油中加入纖維素硅油中加入沸石都可形成電流變流體.我校研究的電流變流體減振器采用由聚苯胺/鈦酸鋇納米復(fù)合粒子與降粘的甲基硅油組成的電流變流體應(yīng)用范圍:用于自適應(yīng)結(jié)構(gòu).灌入某些重要結(jié)構(gòu)中,使結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊時(shí)能