电动振动台建模与试验仿真技术研究

摘要

本文以某电动振动台为主要研究对象，结合自行设计的夹具和试件，通过有限元建模和数值仿真技术对振动台正弦扫描振动试验进行了模拟研究。论文主要工作包括： 回顾了动力学仿真技术的研究进展情况，指出了振动试验仿真技术研究的背景和意义。对振动试验仿真技术研究概况和基本仿真流程进行了简单阐述，指出了前人研究的不足之处，明确了论文的研究主题。 简单介绍了振动基本理论和有限元动力分析常用的数值计算方法，重点介绍了模态分析中常用的求解大型矩阵特征值的lanczos方法，同时对有限元软件MSC.Nastran求解频率响应的计算方法进行了简介。 对电动振动台的主要结构和工作特性进行了介绍，在熟悉有限元软件MSC.Patran和MSC.Nastran的基础上，对振动台进行了有限元建模，介绍了建模方法，并对边界条件进行了模拟。根据振动台模态试验结果对仿真模型进行了反复修正，结果表明，振动台各部分的材料参数能够反映其真实的材料特性，修正后的质量与实际质量一致，模态计算结果与模态试验结果比较接近，固有频率最大相对误差在4％以内。根据振动台模态计算结果分析了各主要模态振型。通过对仿真模型进行频率响应计算，研究了阻尼对振动台响应峰值的影响情况，确定了各阻尼系数的取值。最后，在线性假设的基础上给出了正弦扫描试验仿真的数值算法，并对修正后的模型进行了正弦扫描试验仿真研究。仿真结果表明，空台正弦扫描试验仿真得到的台面各节点加速度幅值与试验结果比较接近，所建立的模型可用于试件振动台试验仿真。 对试件、夹具及振动台组成的整体结构进行了有限元建模和试验仿真技术探讨。首先分别建立了夹具和试件的有限元模型，并通过模态试验对夹具和试件的有限元模型进行了修正，给出了模态振型。其次，对振动台、夹具和试件进行了模型组装，将其有效地连接成为一个整体，通过整体模态试验对其进行了模型验证。在此基础上，对整体结构进行了恒定幅值正弦激振力下的频率响应计算，根据正弦扫描试验仿真算法实现了试件振动台整体结构的正弦扫描试验仿真。最后，将仿真结果与真实正弦扫描试验结果进行了比较，结果表明，试件振动台结构正弦扫描试验仿真结果与真实试验结果在1000Hz以内的低频段比较一致，仿真结果对试件振动台结构低频段动态特性提供了较好的预测。 文章最后部分对全文的研究内容进行了总结，并对以后的研究进行了展望。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1振动试验仿真的研究背景和意义

1.2动力学仿真技术的进展

1.2.1动力学建模及发展

1.2.2有限元模型修正理论的发展

1.3振动试验仿真研究概况

1.4本论文主要工作

第二章基本理论与计算方法

2.1动力学基本方程

2.1.1模态方程

2.1.2响应方程

2.2特征值求解的lanczos方法

2.2.1算法简介

2.2.2重正交化处理

2.2.3丢根检验

2.3频率响应计算方法

2.3.1直接频率响应分析

2.3.2模态频率响应分析

第三章电动振动台空台仿真试验研究

3.1电动振动台空台描述

3.1.1电动振动台简介

3.1.2电动振动台的主要工作特性

3.1.3电动振动台的一些特性参数

3.2空台模型的建立

3.2.1几何模型与单元划分

3.2.2动圈边界条件的施加和模拟

3.3空台模型的修正

3.3.1空台模态试验

3.3.2空台模态计算与修正

3.4空台振动试验仿真

3.4.1空台试验仿真技术的实现

3.4.2空台模型的阻尼修正

3.4.3空台正弦扫描试验仿真

3.5空台正弦扫描试验对比

3.6本章小节

第四章夹具和试件的建模与修正

4.1夹具模型及其修正

4.1.1夹具建模与单元划分

4.1.2夹具模态试验与修正

4.2试件模型与修正

4.2.1试件及其建模

4.2.2试件模态试验与修正

4.3本章小结

第五章试件振动试验仿真

5.1模型生成

5.2整体模态特性研究

5.3整体频响分析与试验仿真

5.3.1试件振动台的频响分析

5.3.2试件振动台正弦扫描试验仿真

5.4仿真与试验响应结果对比

5.5本章小结

第六章全文总结与研究展望

6.1本文主要工作和创新点

6.2研究展望

致谢

攻读学位期间发表论文及参加科研工作情况

参考文献