某机械传动轴模态分析与试验研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

模态分析是研究结构动力特性一种方法，一般应用在工程振动领域。其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。分析这些模态参数的过程称为模态分析。按计算方法，模态分析可分为计算模态分析和试验模态分析。由有限元计算的方法取得计算模态分析；每一阶次对应一个模态，每个阶次都有自己特定的频率、阻尼、模态参数。通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析^[1]。

通过模态分析法，可以弄清某结构物在某易受影响的频率范围内，各阶主要模态的特性，就能够去预报该结构在此频段内，在内部或外部振源作用下的实际振动响应。模态分析技术也有较多的工程应用，对于机械结构，一旦通过模态分析知道了结构的模态参数并通过验证，就能够把这些参数用于机械结构的初始或重新设计中，进而优化系统的动态特性，也可以研究把该结构连接到其他结构上时所产生的影响。因此,模态分析技术是优化结构动态设计及设备故障诊断的重要方法^[3]。

早在20世纪60年代,在以快速傅里叶变换fft为代表的数字信号处理技术、参数识别方法以及小型计算机发展的基础上,模态分析方法应运而生,并迅速在航空、航天、机械、土木等工程领域获得了广泛的应用。同期，有限元法正式诞生。20世纪70年代中期在我国只有极少数学者在这方面进行一些探索。70年代后期,模态分析这一概念才逐步被我国科技界所了解到目前为止模态分析技术在我国各个领域中的广泛应用,成为一种解决工程问题的重要手段。在这几十年的发展中,模态分析与试验学会所组织的全国性学术交流活动起着重要作用。尽管我国在模态分析领域里的研究工作起步较晚,但发展迅速。在理论与方法研究上已接近国际先进水平,在工程应用方面模态分析已渗透到我国各个工程领域,并取得了不少成就。如2000年沈松、应怀樵等使用锤击法和变时基技术首次对黄河铁路桥进行了实验模态分析；2004年张令弥等对导弹发射车组合结构进行了动力学实验与分析,通过对其进行实验模态分析和有限元计算分析，以实用完备模态空间技术进行自由界面组合结构动特性分析，验证了方法的正确性和有效性。但是也存在许多方面需要不断进步，例如：对复杂构件空间模态的测量与分析、频响函数的耦合、高频模态的检测、抗噪声干扰等方面的研究需进一步开展。并且，需要不断提高模态分析的精度，扩大应用范围，增加模态分析的信息量，优化测试办法，创新数据采集方式。这样利用模态分析优化结构设计，及时进行设备故障诊断的能力才能不断提高^[2]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

根据相关调查，完成机械传动轴模态分析与试验研究现状分析。搜集传动轴的相关几何参数，利用建模软件pro/e对机械传动轴进行三维实体建模，运用ansys对其进行有限元模态分析，得到其固有频率和振型，分析其每个振型所体现的物理意义。并进行试验研究，验证理论分析的准确性。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，学习pro/e，测量、搜集传动轴相关参数，对传动轴进行三维实体建模 （第4周—第5周）

（3）学习有限元、模态分析相关基础知识及ansys的使用方法

4. 参考文献（12篇以上）

[1]孙敬敬.机械结构的模态分析方法研究综述[j].科技信息,2014(03):80.

[2]龙英,滕召金,赵福水.有限元模态分析现状与发展趋势[j].湖南农机,2009,36(07):27-28 45.

[3]向万龙.机械振动分析及研究方法综述[j].科技展望,2016,26(13):59.