發(fā)布時(shí)間：2020-06-18 10:26

【摘要】：本學(xué)位論文以隨機(jī)或區(qū)間參數(shù)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,探索性地研究了當(dāng)構(gòu)件參數(shù)和外載荷為區(qū)間變量或隨機(jī)變量時(shí)彈性機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性分析方法,動(dòng)力響應(yīng)分析和動(dòng)力可靠性方法。主要內(nèi)容如下： 1、隨機(jī)參數(shù)齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的動(dòng)力特性分析和區(qū)間參數(shù)平面彈性連桿的動(dòng)力特性分析 應(yīng)用拓廣的隨機(jī)因子法分析了物理參數(shù)和幾何參數(shù)均為隨機(jī)變量的齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的時(shí)變固有頻率。將系統(tǒng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣分解為具有相同隨機(jī)因子的矩陣之和的形式,再由求解系統(tǒng)固有頻率的瑞利商公式出發(fā),將系統(tǒng)頻率展成部分頻率分量之和的形式,利用求解隨機(jī)函數(shù)數(shù)字特征的代數(shù)綜合法求解系統(tǒng)固有頻率的數(shù)字特征。通過算例分析了隨機(jī)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響,并驗(yàn)證了方法的可行、有效和正確性。應(yīng)用區(qū)間因子法分析了具有區(qū)間參數(shù)彈性連桿機(jī)構(gòu)的固有頻率。將系統(tǒng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣分解為具有相同區(qū)間因子的矩陣之和的形式,然后利用區(qū)間因子法將區(qū)間變量表示為其區(qū)間因子和確定性量的乘積,再由求解系統(tǒng)固有頻率的瑞利商公式出發(fā),應(yīng)用區(qū)間算法,推導(dǎo)出了系統(tǒng)固有頻率上、下限與均值的計(jì)算表達(dá)式。通過算例,分析了機(jī)構(gòu)物理參數(shù)和幾何尺寸的不確定性對(duì)機(jī)構(gòu)固有頻率的影響。 2、隨機(jī)參數(shù)時(shí)變齒輪副的動(dòng)力響應(yīng)分析和隨機(jī)參數(shù)齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析 研究基于概率的齒輪副動(dòng)力響應(yīng)問題�？紤]齒輪副的物理參數(shù)、幾何參數(shù)和作用荷載幅值同時(shí)具有隨機(jī)性和齒輪時(shí)變剛度時(shí),從Duhamel積分關(guān)系式出發(fā)利用隨機(jī)因子法導(dǎo)出齒輪副動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)字特征計(jì)算表達(dá)式。通過算例考察齒輪副的物理參數(shù)、幾何參數(shù)和作用荷載幅值的隨機(jī)性對(duì)其動(dòng)力響應(yīng)的影響,研究結(jié)果表明：幾何參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)位移響應(yīng)的隨機(jī)性影響較大,系統(tǒng)的時(shí)變剛度對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)有沖擊作用。建立了考慮物理參數(shù)和幾何參數(shù)均為隨機(jī)變量的齒輪-轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)在隨機(jī)荷載激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)方程。利用Newmark-β逐步積分法將此隨機(jī)參數(shù)時(shí)變剛度系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)換為擬靜力學(xué)控制方程。利用求解隨機(jī)變量函數(shù)數(shù)字特征的矩法,導(dǎo)出了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)位移反應(yīng)的均值和方差計(jì)算公式。通過算例得出了：系統(tǒng)的時(shí)變剛度對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)有沖擊作用,系統(tǒng)的物理參數(shù)、幾何參數(shù)和外荷載幅值的隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響不可忽略,其中幾何參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)系統(tǒng)位移響應(yīng)的隨機(jī)性影響較大。 3、隨機(jī)參數(shù)齒輪系統(tǒng)的非線性動(dòng)力響應(yīng)分析和基于可靠性的隨機(jī)參數(shù)齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化 建立了物理參數(shù)和幾何參數(shù)均為隨機(jī)變量,并考慮具有齒輪側(cè)隙、軸承間隙、時(shí)變剛度、齒間摩擦力和靜態(tài)傳遞誤差的齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。利用Newmark-β逐步積分法將此隨機(jī)參數(shù)時(shí)變剛度系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)換為隨機(jī)參數(shù)的擬靜力學(xué)控制方程,然后利用求解隨機(jī)變量函數(shù)數(shù)字特征的代數(shù)綜合法和矩法,導(dǎo)出了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)位移響應(yīng)的均值和均方差計(jì)算公式。分析了系統(tǒng)中的諸隨機(jī)參數(shù)、間隙和摩擦系數(shù)對(duì)系統(tǒng)非線性動(dòng)力響應(yīng)的影響,并獲得了一些有意義的結(jié)論。在考慮系統(tǒng)物理參數(shù)、幾何參數(shù)和作用載荷同時(shí)具有隨機(jī)性時(shí),建立了以齒輪-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的各參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,以振動(dòng)加速度的均方根值最小為目標(biāo)函數(shù),同時(shí)具有齒間振動(dòng)應(yīng)力、軸扭矩可靠性約束和齒輪靜態(tài)約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,并將其中的可靠性概率約束等價(jià)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字特征約束,利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。算例表明：系統(tǒng)中參數(shù)的隨機(jī)性對(duì)優(yōu)化的結(jié)果影響不可忽視。 4、隨機(jī)參數(shù)剛彈耦合平面連桿的動(dòng)力分析和區(qū)間參數(shù)平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析 建立了考慮物理參數(shù)、幾何參數(shù)及荷載均為不確定變量的平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程,在建模中計(jì)入了剛彈耦合項(xiàng)和運(yùn)動(dòng)副的粘性摩擦。利用Newmark-β逐步積分法將此不確定參數(shù)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)換為隨機(jī)參數(shù)的擬靜力控制方程。利用求解隨機(jī)變量函數(shù)數(shù)字特征的矩法和代數(shù)綜合法或區(qū)間算法,導(dǎo)出了機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)彈性位移的均值和方差計(jì)算公式或區(qū)間上下限。通過算例考察了機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)、截面半徑、質(zhì)量密度、彈性模量的不確定性,以及剛彈耦合項(xiàng)和運(yùn)動(dòng)副摩擦對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響。 5、隨機(jī)參數(shù)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力可靠性分析 將一對(duì)嚙合齒輪等效為單自由度隨機(jī)振動(dòng)系統(tǒng),研究隨機(jī)參數(shù)齒輪副在平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下的動(dòng)力可靠度的求解方法。從其平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)的表達(dá)式出發(fā),同時(shí)考慮齒輪物理參數(shù)、幾何尺寸的隨機(jī)性,利用求解隨機(jī)變量數(shù)字特征的矩法和代數(shù)綜合法,導(dǎo)出隨機(jī)參數(shù)齒輪副在平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下位移及其導(dǎo)數(shù)響應(yīng)的數(shù)字特征,再由動(dòng)力可靠度的公式導(dǎo)出隨機(jī)參數(shù)齒輪副動(dòng)力可靠度的均值和方差的計(jì)算公式。通過與Monte Carlo方法結(jié)果的比較,驗(yàn)證文中方法的可行性和有效性。研究了隨機(jī)參數(shù)彈性連桿機(jī)構(gòu)在平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)分析。首先利用拓廣的隨機(jī)因子法,從求解系統(tǒng)固有頻率的瑞利商公式出發(fā),得出了物理參數(shù)和幾何參數(shù)均為隨機(jī)變量的彈性連桿的時(shí)變固有頻率的均值和方差。然后再從動(dòng)力平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)在頻域上的表達(dá)式出發(fā),利用求解隨機(jī)變量函數(shù)的矩法和數(shù)字特征的代數(shù)綜合法,計(jì)算出了隨機(jī)參數(shù)彈性連桿機(jī)構(gòu)在平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)下彈性位移和速度的均方值的均值、方差的表達(dá)式。再由動(dòng)力可靠度的公式導(dǎo)出了其動(dòng)力可靠度的均值和方差的計(jì)算公式。通過算例,分析了機(jī)構(gòu)物理參數(shù)和幾何尺寸的隨機(jī)性對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力可靠度隨機(jī)性的影響。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH113;O342
【圖文】：

機(jī)性對(duì)各階頻率影響的很小。圖2.2繪出了單齒一個(gè)嚙合周期內(nèi)嚙合剛度氣，隨機(jī)變量的均值隨時(shí)間的變化曲線。為了分析齒輪嚙合的時(shí)變剛度對(duì)各階固有頻率的影響，圖2.3繪出了系統(tǒng)第2階固有頻率隨機(jī)變量的均值在單齒一個(gè)嚙合周期內(nèi)的變化曲線。由圖2.2和圖2.3可見:剛度均值隨時(shí)間發(fā)生變化，且在單雙齒交替嚙合時(shí)會(huì)發(fā)生突變。為此，第2階固有頻率均值的變化趨勢(shì)與齒輪的嚙合剛度氣，的均值變化趨勢(shì)完全一致。而時(shí)變剛度對(duì)第3階、第4階固有頻率的影響不是很明顯，在小數(shù)點(diǎn)后5位才有所不同，但其固有頻率的變化與時(shí)變剛度的變化趨勢(shì)亦是完全一致的。表2.1不同參數(shù)具有隨機(jī)性時(shí)系統(tǒng)第2階Ikl有頻率數(shù)字特征的計(jì)算禾l模擬結(jié)果/Hz變異系數(shù)本文方法MC模擬變異系數(shù)本文方法MC模擬vazz=O 2.7862 0.2637 2.7861 0.3461v7a=0. 2.7580 0.0002 2.7580 0.0002珠二0.1今二Ov:二0.入口 2.7543 0.1343 2.7541 0.1369 2.7681 0.1337 2.7676 0.1460 2.7581 0.0006 2.7579 0.0008v加 z=0.1 2.7580 0.000727580 0.0008飛=0.1 2.7579 0.0008 2.7579 0.0010v:‘=0 2.75800 2.75800v*t，=0. 2.7829 0.2477 2.7732 0.2849vall=O 2.75800 2.75800

250300350圖2.7第一階時(shí)變固有頻率的對(duì)比曲線圖2.7畫出了曲柄旋轉(zhuǎn)一周機(jī)構(gòu)第一階固有頻率上、下界的優(yōu)化結(jié)果和本文方法計(jì)算結(jié)果的對(duì)比曲線。從圖2.7可見:固有頻率隨曲柄轉(zhuǎn)角變化，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到64.8度時(shí)系統(tǒng)剛度最大固有頻率最大，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到79.2度時(shí)系統(tǒng)剛度最小固有頻率最小，由于該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中是關(guān)于X軸對(duì)稱的，得出的固有頻率也關(guān)于曲柄轉(zhuǎn)角180度時(shí)對(duì)稱。本文結(jié)果在優(yōu)化結(jié)果之外，有稍微的區(qū)間擴(kuò)張。證明本文結(jié)果的可行有效性。為了研究機(jī)構(gòu)各參數(shù)取值的變化對(duì)機(jī)構(gòu)固有頻率的影響，對(duì)彈性模量E、質(zhì)量密度p、桿截面半徑r、桿長(zhǎng)L集中質(zhì)量Mc的區(qū)間變化率△E、△p、△r、△L，和△Mc的不同取值組合進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算。曲柄轉(zhuǎn)到900時(shí)機(jī)構(gòu)第1階和第4階固有頻率的相應(yīng)計(jì)算結(jié)果(加*的為優(yōu)化結(jié)果)見表2.3。表2.3不同區(qū)間參數(shù)時(shí)機(jī)構(gòu)1司有頻率的計(jì)算結(jié)果(Hz)模型大五(’廠魷△ E=0.03△ P=0.03△ r=0.03△ L=0.03△ Mc=0.03△all=0.03△all=O

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馮亮;起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)慣性載荷理論分析與研究[D];太原科技大學(xué);2012年

2 張進(jìn);多連桿機(jī)械式壓力機(jī)動(dòng)力學(xué)分析研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2719106