感应电机振动特性有限元分析

基于有限元模型的电机零部件与整机结构振动关联特性宾光富;曾求洪;王钢;李学军【摘要】针对电机由多个复杂零部件组合而成导致系统振动故障难以准确诊断的问题,推导了含定子绕组、铁芯、端盖、转轴等电机零部件系统结构动力学方程,采用有限元法构建了某型异步电机零部件与整机系统动力学模型,并运用锤击法验证了建模法的有效性.通过分析无相对位移连接组件与整机有限元模型的固有频率值,得出底板、定子绕组、转轴、铁芯、前端盖及后端盖零部件对整机前三阶模态的贡献程度依次增大;研究零部件间连接方式对电机固有频率的影响,发现电机各阶固有频率随着零部件间连接刚度值增大而增加规律,这些可为电机振动故障分析与动力学设计提供参考.%Due to motor usually contains many complex parts with various connection ways, it is difficult to diagnose accurately the motor with vibration faults. The structural dynamics equation of motor system including stator winding, stator core, shell cover, and rotation shaft was deduced. The dynamic model of the parts and whole-machine was built by the finite element method, and the effectiveness of the proposed method for modeling was verified by mode impact testing. The first three natural frequency for the compo-nents without relative displacement connection and whole-machine were calculated based on finite element model. The first three mode contribution of the backplane, stator winding, rotation shaft, stator core, front shell cover and back shell cover to the whole-machine is increased in turn. Moreover, the motor nat-ural frequency is also increased as the connection stiffness of the parts through the influence of the con-nection ways between the parts on the motor naturalfrequency, which is of great importance and interest to the motor vibration fault analysis and dynamic design.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2016(020)011【总页数】6页(P101-106)【关键词】异步电机;有限元模型;关键零部件与整机;振动关联特性;模态分析与测试【作者】宾光富;曾求洪;王钢;李学军【作者单位】湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点试验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点试验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点试验室,湖南湘潭411201;湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点试验室,湖南湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TH113.1;TM303电机广泛应用于各工业领域，然而由于零部件多、结构复杂、连接方式特殊及结构动力学耦合性强，一旦发生振动故障时，难以有效进行诊断分析和故障判别，其中关键原因之一是对电机零部件结构与整机的振动特性认识不够深刻[1]。

电动机定子铁心振动模态分析研究作者：崔丽佳来源：《科技资讯》2015年第14期摘要：做好定子铁心的振动特征分析，早已成为进一步降低电机电磁噪音的重要手段。

尤其是在实际操作中，我们可以发现，如若对电机进行模态实验，其所得到的固有频率虽然比较准确，但是在电机的实际设计阶段却存在着许多的难题，设计与生产成本也较高，不利于实际应用。

而相反的，如若使用理论法进行计算，不仅分析实验容易实现，其成本较低且分析速度也较快，亦可对电机的实际设计方向起到指导作用。

因此，该文作者结合ANSYS有限元软件，对感应电机的定子固有频率进行计算，以期为降低电机噪声提出有益的参考。

关键词：有限元振动模态固有频率振动噪声中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0035-01随着计算技术的发展，有限元软件原来越普及，对以往计算和分析问题的方法带来新的变革。

该文通过理论结合ANSYS有限元软件分析电机定子铁心振动模态和固有频率，为新产品研发之初就能充分降低电机噪声，避免电机振动做了分析研究。

1 振动模态分析与求解方法所谓的振动模态分析，其实质就在于以系统的各阶段模态向量所组成的模态矩阵为基础，并利用系统自身的固有模态正交性，对所选择的物理坐标进行线形变化，使其所得到的振动系统能够成为一组彼此独立的模态方程。

特别是又可以将坐标转换看为是线性变换，所以模态分析又可被定义为是系统内部的各阶段模态的线形组合，模态分析也可被定义为模态叠加。

因此，也可以说各阶段模态的响应直接决定了系统内各阶段模态在叠加中的所占比重。

目前，我们在计算定子的固有频率时普遍使用2种方法：（1）解析解算法，此种方法属于典型的机电类比法，可以说该种方法的运用，虽然能够让人们清楚的看到固有频率的解析表达式，但是计算出的结果精确度却较低；（2）能量法。

普遍情况下，我们又将能量法分为傅里叶级数解法与有限元法。

而无论是为傅里叶级数解法还是有限元法都不能得到确切的解析解，只能得到相应的数值解。

第 36 卷第 4 期2023 年8 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 4Aug. 2023电机定子振动模态频率分裂特性分析徐港辉，祝长生（浙江大学电气工程学院，浙江杭州 310027）摘要: 有效抑制由电机径向电磁力激发的电机定子振动是实现电机减振降噪的一个重要途径，而对电机定子模态频率及模态振型的准确分析是抑制电机定子径向振动的基础。

采用圆环的弹性力学解析模型作为电机定子振动的分析模型，对无约束状态下电机定子的模态进行分析，得到了电机定子径向振动模态频率和模态振型的解析解。

以齿槽和底脚为典型附加结构，采用摄动法对电机定子模态频率的分裂现象进行分析，总结了频率分裂与否以及分裂阶次的判定准则。

通过ANSYS有限元软件验证了理论方法和计算的有效性。

结果表明，所建立的二维圆环模型可以准确、高效地应用于电机定子模态特性的分析；附加结构的分布形式对定子频率分裂特性具有重要的影响。

关键词: 电机定子；模态频率；模态振型；圆环模型；频率分裂中图分类号: TM303.3； TB535 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）04-0953-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.04.008引　言电机的振动和噪声是电机的一项重要技术指标，同时也是制约电机向高性能方向发展的一个关键因素。

由电机气隙磁场产生的径向电磁力所激发的电机定子的电磁振动是电机振动噪声的重要来源，在电机减振降噪领域引起了广泛关注［1］。

为了减小电机的电磁振动，除了需要控制电磁力的幅值外，还需要避免电机定子的模态频率及其模态阶次与电磁力的频率及其阶次相等或者接近导致的定子结构的共振［2］。

因此，电机定子的模态特性分析对电机的减振降噪具有重要意义，并且在电机的设计阶段就需要进行校核和规划。

准确获得定子的模态频率和模态振型，一直是电机定子模态特性分析的重要内容。

电机轴承振动特性试验研究摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，轴承是电机中重要的支承和旋转元件，直接影响着电机转子系统的旋转性能，进一步影响着电机工作时的稳定性及静音性。

本文首先对电机转子的临界转速进行分析，继而在搭建的电机振动测试系统上开展了轴承振动特性试验研究。

结果表明：当电机在小于临界转速的工况下运行时，电机轴承的振动频率以转频为主；随着电机转速的升高，轴承3个方向的振动加速度有效值均增加，且对x向振动影响最大，z向振动影响最小；电机启动过程中对轴承振动产生明显影响，为避免电机产生过大的振动，应尽量减小达到工作转速所需的时间；电机轴承游隙组变化对振动也会产生一定影响，为了减小电机的振动，非传动端端轴承宜采用CN游隙组；电机轴承采用尼龙保持架相对于冲压钢保持架更有利于运转稳定性；预紧力对振动的影响只能有限的提高，过大或过小的预紧都不利于轴承的稳定性。

关键词：电机轴承;振动特性;试验引言在电机的运转过程中，主要存在其轴承温度与振动幅度异常等现象，使电机的正常工作和生产系统正常运转产生阻碍。

引起此类负面现象产生的因素颇多，为保证电机在生产中中具备更好的运行能力，需要专业人员依据其对应的故障情况来进行调节和修护，最终保证电机的正常运转。

1电机振动及模态分析原理电机振动按照产生机理主要分为三类：一是电磁振动，由气隙磁场产生的单边磁拉力作用于定子铁芯的径向和切向使定子铁芯产生变形振动。

电磁振动产生的原因有三相电压不平衡、电机定转子偏心、定子绕组断路、转子笼条与端环开焊、转子断条等。

二是机械振动，由转子旋转过程中的机械力周期性地作用在电机本体上产生的振动。

机械振动产生的原因有结构整体刚度不足、转子动平衡不良、轴承及基础安装不当、内部风扇损坏以及联轴器对中精度不足等。

三是机电耦合振动，由电机气隙不匀引起单边电磁拉力，其周期性作用又使气隙不均衡进一步加剧，最终作用到电机引起振动。

机电耦合振动产生的原因有定子内径和转子外径圆度不足、转子安装不良引起的轴向窜动等。

第15卷增刊计算机辅助工程 V ol. 15 Supp1. 2006年9月COMPUTER AIDED ENGINEERING Sep. 2006 文章编号：1006-0871(2006)S1-0053-03机翼有限元模型振动和颤振特性分析刘成玉，孙晓红，马翔(中航第一飞机设计研究院，陕西西安 710089)摘 要：采用MSC Patran，MSC Flds建立某型飞机机翼的动力学有限元模型. 应用MSC Nastran中求解序列SOL 103对其进行固有模态分析，利用求解序列SOL 145进行颤振分析.通过分析得到该机翼的振动和颤振特性，为飞机研制提供依据.关键词：机翼；结构动力学；有限元模型；振动；颤振；MSC Nastran中图分类号：V215.34; TP391.9文献标志码：A0 引言飞机结构的振动和颤振分析需要建立结构动力有限元模型，模拟结构的刚度和惯量，从而确定飞机结构的固有动力特性. 首先采用MSC Patran建立了机翼的结构动力学有限元模型，应用MSC Flds 中的气动弹性模块建立非定常气动力计算模型，然后使用MSC Nastran进行模态分析和颤振特性分析，计算结果有待试验的进一步验证.1 机翼结构动力学有限元模型的建立在机翼静力分析有限元模型的基础上，按照机体结构传力路线进行简化，并加入质量特性，生成动力学有限元模型.1.1 质量特性的加入由于静力分析的有限元模型与动力分析模型不同，需要经过必要的修改和转换. 在熟悉静力模型各个部件所采用的有限单元和材料特性的基础上，给材料特性卡加上密度项使模型具备质量特性（质量、质心、惯量），然后再对模型进行质量估算和振动分析.利用MSC Patran软件对静力模型进行修改，首先把机翼模型拆分为8个部分，即外翼盒段、固定前缘、固定后缘、翼梢小翼、内襟翼、外襟翼、副翼和缝翼，并生成相应的模型文件；然后逐一对各个部件加入材料密度或是集中质量，使各个部件的质量特性与真实结构的质量特性尽可能一致. 系统及燃油质量，用集中质量卡（CONM2）施加于相应质心上，并用MPC元约束在主盒段上. 经过调整后的有限元模型结构质量特性与目标值是一致的.1.2 局部模态的消除将添加了质量特性的单机翼有限元模型在飞机对称面处固支，进行机翼的振动特性分析以检查是否有局部的模态存在. 通常消除局部模态所用的方法为：消去模型中一些元素（如劲力模型中的虚杆、虚板等元素），或者加上必要的约束. 经过不断修改和调整模型，使得在感兴趣的频率范围内不出现局部模态. 对于本次计算而言，感兴趣模态包括机翼一弯、机翼二弯、机翼一扭、小翼弯曲、副翼旋转等. 最后形成的机翼动力学有限元模型见图1.图 1 机翼动力学有限元模型2 模态分析将单机翼动力学有限元模型在飞机对称面处固支，应用MSC Nastran求解序列SOL 103对机翼基本设计状态（机翼油箱无油情况）进行振动模态分析，再用MSC Patran进行后处理. 各主要振动模态的计算频率值见表1；各主要振动模态的振动形态见图2～图7.54 计 算 机 辅 助 工 程 2006年表 1 机翼固有频率计算结果模态阶数模态名称 计算频率/Hz1 机翼一弯 3.332 机翼水平一弯 8.463 机翼二弯 9.404 机翼三弯 15.165 机翼一扭 19.586 小翼弯曲 22.517 机翼水平二弯 24.548 机翼二扭 27.17 9副翼旋转28.77图 2 机翼1阶弯曲模态图 3 机翼2阶弯曲模态图 4 机翼3阶弯曲模态图 5 机翼1阶扭转模态图 6 翼尖小翼弯曲模态图 7 副翼旋转模态3 颤振特性分析3.1 机翼颤振计算气动分区及网格划分应用MSC Flightloads 中的气动弹性模块，将机翼划分为6个气动分区，其中副翼、翼尖小翼单独分区；机翼的主翼面分别从内、外襟翼的分界处，襟翼、副翼分界处，副翼外边界及翼尖小翼根部划分. 机翼的气动分区及网格划分见图8.图 8 机翼气动分区及网格划分3.2 机翼基本设计状态的颤振分析应用MSC Nastran 求解序列SOL 145对机翼有限元动力模型进行变飞行高度的颤振计算. 颤振计算结果见表2，在飞行零高度下的颤振计算v-g-f 曲线见图9. 飞行高度在2 200 m 计算颤振速度V f 为324.60 m/s ，则当量颤振速度V Fdl 为：V Fd1=28.291986.0/225.1/60.324//0==ρρf V m/s 从表2和图9可见机翼颤振机理主要是以机翼一扭模态为主、机翼弯曲模态参与的耦合型颤振.表 2 机翼基本设计状态变飞行高度颤振计算结果飞行高度/m 0 2200 7300 10688 颤振速度Vf/m·s －1 296.47324.60 412.0 497.07颤振频率/Hz16.0216.00 15.91 15.85当量颤振速度/ m·s －1296.47291.28 281.62 276.15颤振机理机翼弯扭型颤振增刊 刘成玉，等：机翼有限元模型振动和颤振特性分析 55f (H z )V (m/s)图 9 机翼基本设计状态（机翼无油、飞行0高度）v-g-f 曲线4 结束语建模中往往存在某些不确定的因素，如果模型建立的比较合理，用MSC Nastran 可以给出非常接近实际的结果. 对机翼结构做动态特性分析，要做到从理论上准确计算固有频率，必须构建出一个精确的动力学有限元模型，而建模及分析的准确性，必须用试验加以验证. 在目前质量和刚度分布数据条件下，通过对机翼有限元模型的振动和颤振特性分析，可以看出机翼的颤振机理是以机翼一扭为主、弯曲模态参与的突发型颤振；基本设计状态下机翼颤振特性符合颤振包线的要求.参考文献：[1] MSC Patran User’s Manual[K].[2] MSC Nastran Quick Reference Guide[K].[3] MSC Nastran Aeroelastic Analysis User’s Guide[K].（编辑 廖粤新）。

发电机定子绕组端部模态振型分析1.发电机定子绕组端部的结构特点发电机定子绕组端部是指定子绕组从槽垂直升起，连接到末端的部分。

其主要由绕组导线、绝缘材料、端头及连接器等组成。

在运行中，定子绕组端部容易受到电磁力的作用，从而引起振动和应力的集中。

因此，对于发电机定子绕组端部的振动特性进行分析，可以揭示其结构的强度和稳定性等方面的问题。

2.模态振型的定义和计算方法模态振型是指机械系统在自由振动过程中各部件的振动形态。

对于发电机定子绕组端部而言，其模态振型可以通过有限元方法进行计算。

有限元法是一种基于离散化的数值计算方法，将连续系统离散化为有限个子域，通过计算子域之间的相互作用来描述整个系统的运动规律。

3.模态振型分析的意义模态振型分析可以揭示发电机定子绕组端部在运行过程中的振动特点和模态分布情况。

通过对模态振型进行分析，可以了解发电机定子绕组端部的结构强度、稳定性和振动响应等方面的问题。

同时，模态振型分析还可以为发电机的结构优化和故障诊断等提供参考依据。

4.常见的模态振型分析方法常见的模态振型分析方法主要包括有限元法、模态测试法和解析法等。

其中，有限元法是一种计算机数值方法，通过对有限元模型进行求解，可以得到发电机定子绕组端部的模态振型和频率响应。

模态测试法是通过实际测试，通过检测和分析振动信号，得到发电机定子绕组端部的振动模态。

解析法是通过解析方程，得到发电机定子绕组端部的模态振型和频率响应。

总结起来，发电机定子绕组端部的模态振型分析对于发电机的性能分析和故障诊断具有重要的意义。

通过对发电机定子绕组端部的模态振型进行分析，可以揭示其结构的强度和稳定性等方面的问题，为发电机的结构优化和故障诊断提供参考依据。

常见的模态振型分析方法包括有限元法、模态测试法和解析法等。

振型系数有限元-概述说明以及解释1.引言1.1 概述振型系数是描述振动系统特性的重要参数，它可以用来表示系统在不同模态下的振动特征。

在工程领域中，振型系数的计算对于预测结构在振动环境下的性能至关重要。

有限元方法作为一种常用的数值模拟方法，在计算振型系数方面具有很大的优势。

本文将探讨振型系数有限元方法的原理、应用和优势，旨在加深对振动系统特性的理解，为工程实践提供更准确的分析和设计。

1.2 文章结构文章结构体现了文章整体的逻辑性和清晰性，有助于读者理解文章的内容和思路。

本文的结构主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，将介绍振型系数的基本概念和背景，以及文章的目的和意义。

引言部分将为读者提供对本文主题的整体了解，引导读者进入文章内容。

在正文部分，将详细介绍振型系数的概念，包括其定义、计算方法和应用领域，同时探讨有限元方法在振型系数计算中的应用。

此外，还将讨论振型系数有限元分析的优势，包括其在振动分析中的重要性和实际应用情况。

在结论部分，将对本文进行总结，强调振型系数有限元分析的重要性，并展望未来的研究方向。

最后，得出结论，总结全文的讨论和观点，为读者提供对振型系数有限元的总体认识和启示。

通过以上结构的设计，本文将系统全面地介绋振型系数有限元的概念、应用和优势，为读者提供了一个清晰的阐述框架，使读者更好地理解、参考和应用相关知识。

1.3 目的本文的主要目的是探讨振型系数有限元在工程结构分析中的应用及其优势。

我们将首先介绍振型系数的概念，然后探讨有限元方法在振型系数计算中的具体应用，最后对振型系数有限元分析的优势进行总结和分析。

通过本文的研究，我们旨在帮助读者更深入地了解振型系数有限元方法，并为工程结构的振动分析提供新的思路和方法。

同时，我们也希望能够为未来相关研究提供一定的参考和启示，推动振型系数有限元在工程领域的应用与发展。

2.正文2.1 振型系数的概念振型系数是描述结构振动特性的重要参数之一，它反映了结构在振动时各个振动模态的重要程度。

新型压电输送振子振动模态有限元分析
随着当代科技的发展，压电传感器的应用越来越广泛，其中很多应用是压电输送振子。

压电输送振子是一种能够提供一定程度的提供能量的元件，可以用来提供能量，也可以用来调节和控制振子的振动模态。

因此，对压电输送振子的振动模态进行研究，有着重要的应用价值。

本文将从多种角度来研究新型压电输送振子的振动模态。

首先，本文概述了压电输送振子的工作原理和结构特点，并对新型压电输送振子的振动模态进行了综述。

然后，本文根据压电振动学理论，建立了描述新型压电输送振子振动模态的动力学模型，并由此推导了有限元方程，用来描述新型压电输送振子的振动模态。

此外，本文还提出了基于有限元方法的新型压电输送振子振动模态分析过程，并对所提出的方法进行了数值模拟试验，从而验证了所提出的方法的正确性和有效性。

最后，本文总结了本文研究的结论和可应用性。

压电输送振子是一种先进的能够实现能量调节和控制的元件，而本文提出的新型压电输送振子振动模态有限元分析方法，将有利于该元件的应用发展。

通过有限元方法可以有效地模拟和分析压电输送振子的振动性能，从而更好地控制其工作模式。

该方法也可以用于优化压电输送振子的设计，从而提高其使用效果。

综上所述，本文研究了新型压电输送振子的振动模态，提出了以有限元方法为基础的模态分析方法，并通过数值模拟试验验证了该方法的正确性和有效性。

该方法不仅可以用于新型压电输送振子的工作
模式控制，同时也可以用于优化设计。

今后，有关压电输送振子的研究将更加深入，将不断开展新的应用，从而使压电输送振子在未来有更广泛的应用前景。

Equipment Manufactring Technology No.1，2012塔式起重机结构及构件承受的动荷载一般都很大，而且加载次数较为频繁，更容易产生疲劳破坏。

为了避免结构产生共振现象，提高机械零件的寿命和塔机操作者的舒适性，有必要对塔式起重机进行振动特性研究，以确保在工作过程中满足一定的动力性能要求。

这样能在理论以及实践上对塔机的设计、生产和使用提供科学指导，从而提高塔机的经济性和使用安全性，对建筑业，乃至整个国民经济的发展，都有一定的贡献［１］。

１模态分析基本理论模态分析的主要目的，是用来确定出塔式起重机的振动特性，其主要包括结构的固有频率和固有振型两个方面。

这两个参数是塔式起重机动态载荷设计中最重要的参数，也是进一步进行动力学分析的基础。

多自由度系统的运动微分方程如下［２￣３］：nj ＝１Σmijq 咬j （t ）＋c ij q 觶j （t ）＋k ij q j （t ΣΣ）＝Q i （t ）（i ＝１，２，…，n ）（１）其中，m ij 为质量系数，定义为只在坐标上q j 产生单位速度（其他坐标上的速度为零）时，在坐标q i 上所需施加的力，即m ij ＝Q i q j ＝１q r =０（r ＝１，２，－n ，r ≠j ）（２）c ij 为阻尼系数，定义为只在坐标q j 上产生单位加速度（其他坐标上的加速度为零）时，在坐标q i 上所需施加的力，即c ij ＝Q iq j ＝１q r =０（r ＝１，２，n ，r ≠j ）（３）k ij 为刚度系数，定义为只在坐标q j 上产生单位位移（其他坐标上的位移为零）时，在坐标q i 上所需施加的力，即k ij ＝Q i q j ＝１q r =０（r ＝１，２，n ，r ≠j ）（４）式（１）是q i （t ）（i ＝１，２，…，n ）关于的一组n 个联立的二阶常系数微分方程，其可以综合成如下矩阵形式：n n m q 咬（t n n ）＋n n c q觶（t n n ）＋n n k q （t n n ）＝Q （t n n ）（５）其中，q咬（t n n ）为结构的加速度列阵；q觶（t n n ）为结构的速度列阵；q （t n n ）为结构的位移列阵；Q （t n n ）为节点载荷向量。

第30卷第24期中国电机工程学报V ol.30 No.24 Aug.25, 20102010年8月25日Proceedings of the CSEE ©2010 Chin.Soc.for Elec.Eng. 75 文章编号：0258-8013 (2010) 24-0075-06 中图分类号：TM 346 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40多相感应电机场路耦合时步有限元分析乔鸣忠，梁京辉，张晓锋，李珺(海军工程大学电气与信息工程学院，湖北省武汉市 430033)Field-circuit Coupled Time-stepping Finite Element Analysis forMulti-phase Induction MotorsQIAO Ming-zhong, LIANG Jing-hui, ZHANG Xiao-feng, LI Jun (College of Electric and Information Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, Hubei Province, China)ABSTRACT: A field-circuit-motion coupled time-stepping finite element analysis (FEA) model was presented for analyzing the multi-phase induction motor especially for solving the problem induced by non-sinusoidal power supply. The high order harmonics was taken into account when the motor was driven by SPWM strategy. The finite element analysis involving control circuit and electromagnetic field was provided, and a moving air-gap boundary method combining motor motion equation was adopted to simulate the transient process of motor. The performance of a five-phase induction motor drive system is analyzed using the proposed model. It was proved that calculation results are very close to the measurement results. Compared with analytical and experimental results, the effectiveness of this method is testified which indicated that proposed method has considered the slot effect and the influence of ferromagnetic non-linearity, and it can also be used in the analysis on other types of inverter-driven multi-phase motors.KEY WORDS: multi-phase induction motor; field-circuit coupled; time-stepping finite element; moving air-gap boundary method; inverter-driven摘要：为解决多相感应电动机在非标准正弦供电时的场路耦合分析问题，提出一种用于多相感应电动机的场路耦合运动时步有限元分析方法。

机械结构的振动特性与分析方法研究振动是机械结构中普遍存在的现象，其振动特性的研究对于设计和优化机械结构具有重要意义。

本文将探讨机械结构的振动特性以及常用的分析方法。

一、振动特性振动是物体在做周期性摆动时产生的，包括自由振动和强迫振动两种形式。

自由振动是物体在没有外力作用下的振动，例如钟摆的摆动。

强迫振动是物体在外力作用下的振动，例如受到激励力的摆动。

机械结构的振动特性与其固有频率密切相关。

固有频率是机械结构自由振动的频率，与结构的刚度和质量密度有关。

刚度越大，固有频率越高；质量密度越大，固有频率越低。

振动的幅值与激励力的频率接近结构的固有频率时最大，称为共振。

二、振动分析方法1. 模态分析模态分析是研究机械结构振动特性的常用方法。

它通过求解结构的固有值和固有向量来描述机械结构的振动模态。

固有值代表结构的固有频率，固有向量代表结构在不同振动模态下的振动形式。

通过分析模态可以了解结构的振动模式，进而设计和优化结构。

2. 动力学分析动力学分析是通过建立机械结构的动力学方程，求解结构的响应来研究振动特性。

它考虑结构的质量、刚度和阻尼等因素对振动的影响。

动力学分析可以用于分析强迫振动和非线性振动等复杂情况。

3. 有限元法有限元法是一种将连续结构离散化为有限个单元，在每个单元上建立方程，并通过整体的协调得到结构的响应。

对于复杂的机械结构，有限元法可以有效地计算结构的振动特性。

同时，有限元法还可以考虑不同单元的材料和几何非线性，提高分析的准确性。

4. 振动试验振动试验是通过给机械结构施加激励并测量响应来研究振动特性。

通过振动试验可以验证分析结果的准确性，并获取实际结构的振动模态和共振频率等信息。

振动试验还可以用于结构的失效检测和故障诊断。

三、应用领域机械结构的振动特性研究在工程设计和制造中具有广泛的应用。

例如，在航空航天领域，对飞行器结构的振动特性进行分析可以确保飞行的稳定性和安全性；在汽车工业中，对汽车的底盘进行振动特性分析可以提高行驶的舒适性和稳定性。