电磁发射过程的钢轨振动测试与分析方法外文文献翻译、中英文翻译

附录 1：外文文献电磁发射过程的钢轨振动测试与分析方法摘要：在电磁发射过程中, 钢轨的振动发生的原因是电磁力由一个尖锐的电流产生。这些振动导致发射速度降低, 发射效率降低。为了准确测量钢轨的振动振幅, 分析电流强度、钢轨材料与振动的内在关系, 本文研究了强电磁场中的小瞬态振动。并对试验系统进行了相关实验。利用光纤位移传感器采集轨道沿线关键部位的振动数据。利用虚拟仪器技术, 设计了一种显示振动波形的软件平台, 分析了时间、频率域等参数。我们收集了轨道振动响应和模态参数的数据, 通过对其振动和动力响应进行模态分析, 确定了电磁发射系统的固有频率, 并结合实验和理论方法。在本文的研究成果的基础上, 进一步研究了结构振动和动力响应的优化方法, 并对其损伤进行了评估。1、引言电磁轨道炮在发射过程中受到极其复杂的动态加载条件的限制。负载包括电磁场, 由高电流和摩擦引起的加热效应, 以及高温这些因素对电枢和钢轨的应力和应变产生了很大影响进而影响其发射精度和使用寿命。在电磁轨道炮的设计中, 确保钢轨在发射过程中不会产生剧烈的振荡, 这是非常重要的, 因为这些振荡会降低射击精度。因此, 有必要对电磁轨发射器钢轨的振动进行测试和分析。对电磁炮的动力响应进行了大量的理论研究。曾化仪和 Sun 使用弹性地基梁作为电磁发射器的轨道力学模型, 假设电枢沿导轨是均匀的, 以研究钢轨长度对共振速度的影响;曾化仪分析了改变轨道参数对电磁发射器临界速度的影响, 并提供了炮的指导设计;Daneshjoo 等使用有限元方法计算了轨道位移和静应力, 得出了轨道设计和弹丸速度相关的结论。在发射速度上, 电磁炮和炮的固有频率所施加的力频率几乎相同。钢轨的振动振幅, 特别是横向振动, 是相当大的, 影响炮的射击精度。妮特纳尔逊等分析了过去几年电磁发射研究的结果, 特别注意连续发射发射对轨道精度和钢轨应变的影响;Schuppler 等和 Ghassemi et。使用位移和加速度传感器来研究充电电压对振动振幅的影响.本文介绍了一种光纤位移传感器。研究了电磁发射过程中各种参数对钢轨振动振幅的影响, 为研制电磁炮和分析其材料组成提供了依据。2、测量程序为了在恶劣的电磁干扰环境中有效地测量振动数据, 利用光纤传感器对电磁干扰进行了阻隔。在本实验中, 采用模拟试验机模拟电磁环境。测试机上安装了三光纤位移传感器, 如图 1（见原文）中所示。为了消除外部振动对炮的影响, 采用了压力装置来设置压力, 并设计了一个单独的支架, 使传感器保持到位, 因为炮的振动会降低传感器测量的准确度。高速设备用于数据采集和存33储。为了直观地反映测量结果, 控制接口是使用上位机上的 LabVIEW 配置的。该实时接口可消除高频噪声, 显示振动信号, 并对频谱进行分析。接口显示在下面的图 2（见原文）中.备注 1: 根据参考文献7, 我们可以看到, 关于电磁发射过程振动实时监测方法的文献较少, 以获取过程中的小瞬态振动。,本文提出了一种实时振动监测系统。3、模拟分析方法（1）在电磁发射器的结构设计中, 重要的是要保证系统的动态载荷和固有频率的频率是不同的, 这样就没有共振。因此, 有必要对电磁发射器进行模态分析, 确定其固有频率10.14。以电磁发射试验机为振动体, 该试验机可建模为振动体, 采用标准方程式进行自由振动。自由振动的基本微分方程如下:,-*+ + ,-*+ = 0（1）在这个等式中, ,-和 ,- 分别表示结构的质量和刚度矩阵, *+ 是加速度向量, *+是位移向量。公式（1）是以下简谐方程的基础：*+ = *+ sin （2）在此等式中, *+ 表示模式形状, 表示循环频率。将(2)替换为(1)会产生以下特征方程:(,- 2,-)*+（3）在公式（1）中。*+应该有一个非零解, 使系数矩阵的行列式为零, 即:det(,- 2,-) = 0（4）或det(,- ,-) = 0（5）在这些等式中, k = x2.公式（5）的左侧是 k 中的多项式. 在一组特征值中求解这个多项式结果。公式（5）可以重写为:det(,- ,-)*+ = 0* = 1,2,3 +（6）式中 N 是刚度矩阵的维度。在通常的有限元分析中, ,-和,-是满足正交条件的实对称矩阵,即：34* +,- = 0( )（7）( = )* +, - = 0( )（8） ( = )在这些等式中,是一般质量。模态分析是典型的特征值问题。求解本征值方程, 得出了固有频率及其对应的振动模态向量的列表。(2)采用 ANSYS 软件对其进行了模态分析。创建了图 3（见原文）中显示的测试机器的有限元模型。前 15 种固有频率在表 1（见原文）中给出.在测试机上应用预加载来模拟压力的影响时, 测试机的固有频率在表 2（见原文）中给出。. 通过比较两个固有频率表, 可以看出, 预压试验机的固有频率高于无预压试验机的固有频率。这是因为预压提高了试验机的刚度。这是一个重要的结论:电磁炮和炮的固有频率在一定发射速度上几乎相同。钢轨的振动振幅, 特别是横向振动, 是相当大的, 影响炮的射击精度。本文通过增加紧力, 可以看出其固有频率可以改变, 相应的实验结果将显示在下面。4、实验结果分析实验参数多种多样, 由此产生的振动由 KD.300 光纤传感器测量, 如图 4 所示。这些传感器被放置在 a、c 和 d 点。压力装置, 用于施加不同的压力, 被设置在测试机器入口的前面或后面 (点b)。图 5（见原文）显示点 a、b、c 和 d 的位置图 6（见原文）是实验设备的图片。充电电压设置在 3 伏和 8 伏之间。图 7（见原文）显示在位置 c 处传感器测量电压为 6000 V 及其傅立叶变换。传感器的输出信号为某一时间的振动位移。为了更好地观察振动的频率信息, 我们进行了傅里叶变换, 将时域信号转换为频域信号。从图 7 我们可以看到, 当试验机运行时, 电枢偏离轨道, 振动振幅呈上升趋势. 当电枢离开轨道时, 钢轨继续振动, 振幅逐渐减小。（1）压力对振幅的影响为了减少炮的振动, 提高炮的刚度, 在炮的不同位置使用压力装置施加不同的压力。结果反映了压力装置对炮振动的影响。施加压力时的振动振幅较小, 钢轨振动持续时间较短, 对钢轨反复使用产生很大影响, 且接触电枢和路轨。图 8（见原文）显示应用压力的放大器,图 9（见原文）显示没有施加压力的振动。当使用设备时, 钢轨振动的频率增加, 因为当施加压力时,刚度增加。当压力较大时, 有效的压力装置可以抑制振动.所以振幅是非常小的, 因此当被放置在测试机器中压力被设置了到 200 kN 。（2）电流对振幅的影响,对电流和振动振幅的关系进行研究。当放电电流增加时, 充电电压和钢轨的振动振幅均增加。图 10（见原文）显示了在测试位置 c 上, 钢轨的最大振幅是如何变化的.我们可以看到, 随着放电电流的增加, 振动的最大振幅增大。当电流增加到一定值时, 振动振幅的增长减慢。当放电电流为 330 kA 时, 振动振幅在大约 550 um 处振幅最大。（3）频率对振幅的影响进行了多次重复测试, 保持相同的充电电压和相同的压力位置。随着试验次数的增加, 钢轨的振动频率和振幅发生了变化。如中表 3（见原文）所示，在前 4 实验中, 钢轨的振动振幅小, 约 300 um, 钢轨的振动频率为44.46Hz。随着实验次数的增加, 钢轨的振动振幅增加到约 350 um, 振动频率降低到 42.24Hz。在35第十二试验中, 振幅增加到 400 um 以上, 振动频率降低到 39.84Hz。这些变化主要是由于钢轨刚度较低的自然频率变化;固有频率与材料的刚度成正比, 因此当结构局部损坏时, 其刚度降低, 自然频率降低。5、结论验结果表明, 炮的振动直接受放电电流的影响 (较大的振动振幅与较大的电流相对应)。炮的最大振动振幅也与