機(jī)械動(dòng)力學(xué)演示文稿

機(jī)械動(dòng)力學(xué)演示文稿第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五§1－2機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容屈維德說：振動(dòng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)識(shí)別和環(huán)境預(yù)測三者可概括為現(xiàn)代機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的基本內(nèi)容1.振動(dòng)設(shè)計(jì)（動(dòng)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(dòng)特性●又稱動(dòng)力學(xué)的逆問題

●反復(fù)試湊修改的過程[1-2]第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五2.系統(tǒng)識(shí)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(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

●

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

●系統(tǒng)識(shí)別屬動(dòng)力分析范圍●

動(dòng)力分析研究三方面問題：固有特性問題（系統(tǒng)識(shí)別參數(shù)識(shí)別）動(dòng)力響應(yīng)問題動(dòng)力穩(wěn)定性問題[1-3]第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五3.環(huán)境預(yù)測：已知系統(tǒng)（特性）、響應(yīng)，研究激勵(lì)（振源分析故障診斷）§1－3動(dòng)態(tài)問題的特點(diǎn)1.振動(dòng)學(xué)科：物理或力學(xué)分枝基礎(chǔ)學(xué)科解決工程中動(dòng)力學(xué)問題--工程學(xué)科--振動(dòng)工程2.振動(dòng)工程：解決工程中動(dòng)態(tài)問題3.動(dòng)態(tài)問題：動(dòng)態(tài)載荷作用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)成動(dòng)態(tài)問題

[1-4]第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五

4.

動(dòng)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(dòng)態(tài)問題處理6.動(dòng)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(duì)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]第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五b.危險(xiǎn)性：共振現(xiàn)象自激振動(dòng)（顫振）c.超常性：其現(xiàn)象、規(guī)律及防治方法超越生活常識(shí)（削邊鏜桿動(dòng)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(dòng)力學(xué)》ⅠⅡ清華大學(xué)《機(jī)械振動(dòng)》S．A．TOBAIS《機(jī)床動(dòng)力學(xué)》WILLIAMT.THOMSON《TheoryofVibrationwithApplications》師漢民等《機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)》[1-6]第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五§1－5振動(dòng)的控制一.振動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)途徑1.振動(dòng)工程重要分支出發(fā)點(diǎn)和歸宿2.振動(dòng)控制：利用抑制3.振動(dòng)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(dòng)特征：受迫自激振動(dòng)(2)確定振動(dòng)控制水平:衡量振動(dòng)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(dòng)控制方法：隔振吸振阻振消振結(jié)構(gòu)修改(4)振動(dòng)分析與設(shè)計(jì)：建立受控對(duì)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]

第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五機(jī)床的振源分析框圖[1-8]第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五

二.振動(dòng)控制的分類1.按不同性質(zhì)的振動(dòng)分(1)動(dòng)力響應(yīng)的控制：受迫振動(dòng)的控制（共振）(2)動(dòng)力穩(wěn)定性的控制：自激振動(dòng)的控制2.按不同抑制振動(dòng)手段分（5種）(1)消振：消除或減弱振源（治本）●動(dòng)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(dòng)：由控制引起的振動(dòng)抵消未加控制的原振動(dòng)(2)隔振：振源與受控對(duì)象之間串加一個(gè)子系統(tǒng)(3)吸振：動(dòng)力吸振—-受控對(duì)象上附加一個(gè)子系統(tǒng)[1-9]第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五(4)阻振：阻尼減振---受控對(duì)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(duì)象的動(dòng)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(duì)象：結(jié)構(gòu)修改問題設(shè)計(jì)階段的受控對(duì)象：動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)問題3.按是否要能源分(1)無源控制：被動(dòng)控制(2)有源控制：主動(dòng)控制[1-10]第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五三、振動(dòng)主動(dòng)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(dòng)狀態(tài)無關(guān)閉環(huán)控制：控制器按受控對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)為反饋信息而工作2.振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)的組成受控對(duì)象：控制對(duì)象（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的總稱）(2)作動(dòng)器：又稱作動(dòng)機(jī)構(gòu)。提供作用力（或力矩）的裝置[1-11]第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五直接施加在受控對(duì)象或通過附加子系統(tǒng)作用受控對(duì)象常用作動(dòng)器：伺服液壓式伺服氣動(dòng)式電磁式電動(dòng)式電壓式(3)控制器：核心環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)所需的控制律其輸出是驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器動(dòng)作的指令開環(huán)：其輸入是按程序預(yù)先設(shè)置閉環(huán)：其輸入通過測量系統(tǒng)感受受控對(duì)象的振動(dòng)信息控制律：模擬電路----模擬控制數(shù)字計(jì)算機(jī)----數(shù)字控制(4)測量系統(tǒng)：振動(dòng)信息轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)娇刂破鳎▊鞲衅鬟m調(diào)器放大器濾波器）(5)能源：為作動(dòng)器提供外界能量（液壓油源氣源電源）(6)附加子系統(tǒng)：有些系統(tǒng)沒有[1-12]第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五3.兩類振動(dòng)主動(dòng)控制問題:動(dòng)力響應(yīng)的主動(dòng)控制動(dòng)穩(wěn)定性的主動(dòng)控制四、振動(dòng)主動(dòng)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(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)---解決航空工程的振動(dòng)問題59年對(duì)B—52型飛機(jī)機(jī)身側(cè)向彎曲模態(tài)進(jìn)行主動(dòng)控制美國空軍飛行動(dòng)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(dòng)力增穩(wěn)系統(tǒng)”為飛機(jī)顫振主動(dòng)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(dòng)系統(tǒng).[1-13-1]第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五航天工程領(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(dòng)要延續(xù)很長時(shí)間.由此提出許多主動(dòng)控制的新方案.機(jī)械工程領(lǐng)域：采用主動(dòng)控制技術(shù)消除柔性機(jī)器人臂在終端位置處的振動(dòng)抑制撓性轉(zhuǎn)軸通過臨界轉(zhuǎn)速的主動(dòng)控制研究,是當(dāng)今轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究熱點(diǎn)交通運(yùn)輸工程領(lǐng)域：車輛主動(dòng)隔振、半主動(dòng)隔振方面,已研制出主動(dòng)支承元件.4.1980年振動(dòng)主動(dòng)控制的研究從航空工程擴(kuò)展到其它工程領(lǐng)域[1-13-2]第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五五、振動(dòng)主動(dòng)控制的近期新進(jìn)展1.受控對(duì)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(jí)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(jí)和子系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化[1-14]第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五2.新型作動(dòng)器及其它主動(dòng)元件作動(dòng)器是影響主動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié).目前重點(diǎn)在對(duì)不需要固定基礎(chǔ)的輕型作動(dòng)器的研究。主要有反作用式作動(dòng)器壓電陶瓷形狀記憶合金電/磁致伸縮材料電流變液等構(gòu)成的作動(dòng)器或主動(dòng)元件。(1)反作用式作動(dòng)器控制作動(dòng)器中某一部件的運(yùn)動(dòng),使其產(chǎn)生的反作用力作用于受控對(duì)象,以控制受控對(duì)象的振動(dòng)水平.對(duì)線位移振動(dòng)有慣性質(zhì)量型作動(dòng)器角位移振動(dòng)有反作用輪型作動(dòng)器(Reactionwheel)(2)壓電式作動(dòng)器壓電式作動(dòng)器利用壓電材料的逆壓電效應(yīng),通過施加外部電場,將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。壓電材料有：壓電陶瓷壓電高分子材料(聚氟乙烯聚偏氟乙烯)它們均可制成任意形狀,易于與其它材料復(fù)合應(yīng)用范圍：柔性結(jié)構(gòu)天線柔性機(jī)器人手臂的振動(dòng)與形狀控制中;作為自適應(yīng)智能結(jié)構(gòu)的作動(dòng)器;[1-15]第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五(3)形狀記憶材料作動(dòng)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(dòng)的控制(形狀記憶材料響應(yīng)慢)[1-16](4)磁致伸縮材料作動(dòng)器磁致伸縮材料在外加磁場的作用下,其尺寸、體積等會(huì)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)第17頁，共18頁，2023年，2月20日，星期五(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