曳引电梯系统动态理论及动力学参数优化方法研究

摘要

本文结合杭州市产学研项目“中高速电梯动态特性仿真分析平台开发”，采用理论分析、计算机仿真和实验研究相结合的方法，对曳引电梯系统动力学建模与分析方法、动力学参数优化等方面进行了深入系统地研究。　　第一章，阐述了本学位论文的研究背景与意义，详细介绍了国内外在电梯动力学、舒适性评价和振动控制等领域的研究现状。　　第二章，在系统讨论曳引电梯系统垂直振动动力学参数建模方法的基础上，利用Lagrange方程分别建立了曳引电梯1:1系统11自由度和2:1系统17自由度的垂直振动模型。工程实例验证了模型的有效性。　　第三章，以轿厢-轿架-导向系统为研究对象，利用坐标变换方法，建立了电梯系统水平振动的随机偏差激励模型及其分析方法。基于MonteKarlo法，对电梯水平振动响应的统计分析方法进行了探讨。　　第四章，基于一维弦的波动理论，以曳引绳-轿厢为研究对象，建立了电梯系统水平振动的波动模型；基于坐标变换、分离变量法和Garlerkin加权余量法，将分布质量的波动模型转化为集中质量的近似模型，可以有效地进行模态和响应计算。　　第五章，主要讨论了自主开发的电梯动力学仿真分析系统的整体框架和设计思想，以及该系统中使用的模态分析、谐响应分析、瞬态响应分析和随机振动谱分析等数值方法。首次提出了一种基于FFT和Romberg数值积分思想的Duhamel积分新算法——R-FFT。　　第六章，建立了基于谐响应最小的电梯系统垂直振动优化模型，并通过灵敏度分析检验最优解的有效性；首次提出了一种新的基于字节型动态编码的遗传算法，可以高效地求解电梯垂直振动优化模型。实际工程算例验证了优化模型和算法的有效性。　　第七章，基于试验模态理论，进行了电梯系统垂直振动锤击试验模态分析；利用附加偏心质量的办法，进行了电梯系统垂直振动响应实验。　　第八章，对论文的主要研究工作和创新点作了总结。

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2电梯概述

1.2.1电梯的发展史与趋势

1.2.2电梯的构成与分类

1.3电梯动力学研究现状

1.3.1电梯的垂直振动建模与分析方法

1.3.2电梯的水平振动建模与分析方法

1.4电梯振动评价研究现状

1.5电梯系统振动控制策略研究现状

1.5.1抑制振源

1.5.2被动隔振

1.5.3主动/半主动振动控制

1.6论文的主要研究内容

第二章电梯系统垂直振动模型研究

摘要

前言

2.1电梯系统垂直振动动力学参数

2.1.1曳引电梯系统原型结构

2.1.2曳引绳、补偿绳/链、随行电缆的建模

2.1.3曳引轮的等效质量和转动惯量

2.1.4张紧装置的等效质量和转动惯量

2.1.5承重梁与底座橡胶的等效刚度和阻尼

2.2电梯垂直振动系统动力学模型

2.2.1 1:1电梯系统垂直振动动力学模型

2.2.2 2:1电梯系统垂直振动动力学模型

2.2.3关于电梯动力学模型的说明

2.3电梯系统垂直振动分析实例

2.4本章小结

第三章电梯系统水平振动的随机偏差激励模型研究

摘要

前言

3.1基于导向系统随机偏差的电梯水平振动模型

3.1.1位移向量

3.1.2惯性矩阵

3.1.3刚度和阻尼矩阵

3.1.4载荷向量

3.2基于蒙特卡罗方法的电梯水平振动响应统计分析

3.2.1确定随机参数及其概率分布

3.2.2随机抽样

3.2.3统计特征分析

3.3仿真算例

3.3.1某电梯配置水平振动仿真计算

3.3.2某电梯系统水平振动响应统计分析

3.4本章小结

第四章高速电梯系统水平振动的波动模型研究

摘要

前言

4.1高速电梯水平振动的运动曳引绳波动模型

4.2基于Galerkin方法的集中质量近似模型

4.2.1试探函数的选择

4.2.2波动模型的集中质量近似模型

4.2.3响应与固有振动特性方法

4.3数值算例

4.3.1固有振动频率计算

4.3.2瞬态响应计算

4.4本章小结

第五章电梯动力学仿真分析系统与数值方法研究

摘要

5.1电梯动力学仿真分析系统

5.1.1系统的功能结构

5.1.2系统的设计思想与代码结构

5.2电梯动力学特性数值计算方法

5.2.1模态分析

5.2.2谐响应分析

5.2.3瞬态响应分析

5.2.4随机振动谱分析

5.3一种快速高精度Duhamel积分算法

5.3.1基本的T-FFT算法

5.3.2 Duhamel积分的R-FFT算法

5.3.3数值算例

5.4本章小结

第六章电梯动力学参数优化方法研究

摘要

6.1基于谐响应和灵敏度分析的电梯垂直振动优化模型

6.1.1电梯系统垂直振动的主要影响参数

6.1.2基于谐响应的电梯参数优化模型

6.1.3电梯垂直振动动力学参数的灵敏度分析

6.2基于字节型动态编码遗传算法的电梯参数优化方法

6.2.1遗传算法基本原理与编码方法

6.2.2字节型动态编码方法

6.2.3电梯垂直振动动力学参数优化方法

6.3某电梯垂直振动参数优化算例

6.3.1程问题

6.3.2优化模型

6.3.3解决方案

6.4本章小结

第七章电梯系统动力学特性实验研究

摘要

7.1试验模态技术

7.1.1激振实验

7.1.2脉冲激振及其测试系统

7.1.3响应测量

7.1.4模态参数的识别

7.2电梯系统垂直振动模态实验

7.2.1实验方案与仪器设备

7.2.2实验结果分析

7.3电梯系统垂直振动响应实验

7.3.1实验方案与仪器设备

7.3.2实验数据分析

7.4本章小结

第八章总结与展望

8.1主要结论

8.2研究展望

附录

A.1杭州市某无齿轮高速电梯系统配置参数

A.2上海市某无齿轮电梯原始配置参数

A.3实验电梯配置参数

A.4实验电梯停留不同位置时的集总平均传递函数

A.5电梯运行时间历程四点标定方法

A.6振动峰峰值的定义与计算方法

A.7 ISO8041:1999人体全身振动计权滤波系数

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文和参加科研情况

1发表或录用的学术论文

2参加的科研项目