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水泥振动台结构的力学分析
随着航空、航天、电子业的快速发展，各种用于测试航天器部件等仪器设备的振动试验装置也日益发展起来。水泥振动台试验作为模拟振动环境、检验设备可靠性及动强度的一种有效手段，己经被广泛应用于设备的性能考核和动强度鉴定中。在各类振动台中，电动振动台以其工作频段宽、承载范围广、波形好、易控制等诸多优点而倍受青睐，成为应用广泛的一种振动台。
近些年来，我国自主研制了小、中及大型电动振动台，先后克服了振动台动圈冷却、动圈共振频率、励磁线圈电化学腐蚀及功率放大器与振动台祸合匹配等一系列技术难题，使我国的振动台研制技术步入了世界先进水平。
随着科学技术的发展，有限元数值模拟技术渐渐融入了电动振动台结构设计的行列，成功解决了复杂结构动圈的一阶轴向共振频率的计算问题。实现了理论计算到数值模拟，再指导实验的过程。数值模拟技术同样也应用在振动台磁路磁场分布情况的分析中，指导磁路设计。可见，数值模拟技术对指导实际工程结构分析起到了不可或缺的作用，尤其针对于复杂结构的力学分析。
本课题主要是建立电动振动台的理论简化数学模型，动力学方程、控制系统方程。应用大型通用有限元软件ANSYS对结构、磁路、磁一结构进行参数化编程进行数值模拟研究。
本课题主要研究了磁力振动台的理论简化数学模型，通过数值模拟的方法，应用有限元软件ANSYS，对电动振动台核心驱动系统动圈进行模态与谐响应分析，并与实验进行了对比。对振动台磁路系统进行了数值模拟研究，得到了磁感应强度的分布规律，讨论结构参数对气隙磁场的分布影响。提出结构与磁场祸合数值模拟新方法，得到了动圈所受电磁力作用下台面响应的规律。基本研究内容与主要成果包括以下几个方面：
(1)建立了电动振动台的振动系统动力学方程、电路系统方程及控制系统方程。理论上得到了动圈四自由度简化模型的各阶固有频率。建立阻抗特性表达式，式中包含电路阻抗和运动阻抗。通过电路等效类比方法，建立了电动振动台控制方程，进一步针对中频域对模型简化，得到了系统传递函数随频率的变化规律。
(2)对20吨电动振动台建立了有限元模型，进行模态分析、谐响应分析及台面不均匀度与横向振动比随频率变化规律的数值模拟分析，从模态及谐响应分析结果可以得到，应用ANSYS参数化编程的有限元模型较准确的反映了动圈模态及振动响应。仿真结果与实验数据对比轴向共振频率误差2.9%，质量误差为11.18%。描述了动圈在振动过程中台面不均匀度及横向振动比在不同频率段间断增加的变化趋势并且得到了数值较大点对应的频率值。
(3)以20吨电动振动台结构尺寸为模型，ANSYS参数化编程建立了电动振动台磁路系统。数值模拟了工作气隙磁场强度最大值，气隙磁场分布情况。讨论了磁路结构尺寸对气隙磁场的影响。
(4)以20吨混凝土振动台为模型，应用有限元软件ANSYS对电动振动台磁场与动圈结构进行了祸合场分析。提出了电动振动台祸合场数值模拟新方法，参数化编程建立振动台磁一结构祸合模型，采用矢量与标量混合建模顺序祸合方法数值模拟了动圈在磁场中所受到的电磁力，并以此作为加载力，进行动圈的结构分析，经过瞬态分析得到台面响应变化规律。
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