关键词:
微Stewart
薄板
湍流激励
随机振动
摘要:
薄板在航空、航天、汽车、船舶与海洋工程等众多工程领域中被广泛应用。然而,由于其自身的柔性特性,薄板在受到湍流激励作用时,会产生多维随机振动,这种振动会影响结构的稳定性和安全性,为减小这种多维振动。本文将具有多维减振性能的Stewart机构微小化并排布于薄板下方,构建微Stewart阵列薄板结构。研究该结构在湍流激励下的随机振动响应。本文主要完成以下内容:
(1)建立了微Stewart阵列薄板模型。将Stewart机构微小化与薄板结合,构建微Stewart阵列薄板结构;根据实际需求,选取了Stewart机构类型,确定了微Stewart阵列薄板的结构和材料参数;利用旋转矩阵法,推导得到微Stewart阵列薄板的运动学反解方程;利用Adams软件进行运动学仿真,验证了微Stewart阵列薄板结构运动学性能的正确性和有效性。
(2)建立了微Stewart阵列薄板的动力学耦合方程。采用弹性力学理论,建立薄板的运动微分方程。通过速度和加速度分析,推导微Stewart机构相对于广义坐标的偏速度、偏角速度表达式,基于凯恩方法建立微Stewart阵列薄板的动力学方程。利用刚柔耦合动力学位移和力约束条件,建立微Stewart阵列薄板的动力学耦合方程。
(3)求解了微Stewart阵列薄板随机振动响应。采用模态叠加法完成了动力学方程解耦,将多自由度耦合方程简化为多个单自由度振动方程。基于虚拟激励法将随机激励转换为简谐激励进行分析,求解得到薄板中点的位移响应功率谱曲线,通过薄板案例验证本文求解方法正确性。利用ANSYS Workbench进行有限元仿真,将仿真结果与理论求解计算对比,验证动力学理论建模和随机振动理论求解的正确性。
(4)分析了流速和结构参数对薄板中点处流向随机振动响应的影响。通过改变流速、薄板及微Stewart结构参数,分析各参数对流向(x方向)随机振动响应的影响,并进一步采用广义搜索法得到流向随机振动最小的结构参数;搭建了流固耦合平台,对比了薄板和微Stewart阵列薄板在湍流激励下的响应情况,结果显示,微Stewart阵列薄板能够有效降低湍流激励下薄板在流向(x方向)的振动。
本文研究了微Stewart阵列薄板结构在湍流激励下的随机振动响应,旨在为薄板结构在湍流激励下的多维减振提供研究参考。