裂纹参数对汽轮机叶片振动特性影响研究

为了建立叶片裂纹参数同叶尖振动幅值、频率特征值之间的对应关系,首先分析了裂纹长度变化引起的悬臂梁叶片频率转向和振型转化现象,其次采用接触裂纹有限元模型,讨论了转速对裂纹叶片非线性特性的影响,最后分析了裂纹深度与位移响应值的关系;在此基础上,分析了两种不同实际汽轮机叶片模型,讨论了裂纹深度变化引起的动频、瞬态位移响应等动力学响应的变化规律。研究结果表明:裂纹长度增大会使加悬臂梁叶片出现明显的频率转向、振型转换现象,对于实际汽轮机叶片振型转换现象不明显;随转速增大,裂纹会由不断开合状态转化为持续张开状态;变截面扭转叶片会出现特有的双响应峰现象。     

汽轮机末级叶片振动特性研究

建立了汽轮机末级叶片的三维有限元模型,分析了叶片的静频和振型,然后计算了叶片在预应力条件下的动频,分析了工作转速对叶片振动特性的影响.最后在振动试验台上开展了叶片静频、动频和振动响应试验,实验结果与数值模拟吻合较好.研究结果表明:叶片的动频比静频大,且动频随转速的增加而增大;转速对低阶频率影响较大;在转速的9倍频激励时发生二阶共振,叶片易产生振动疲劳失效.     

航空发动机风扇叶片振动特性分析

针对叶片的振动失效关系到整台发动机的工作可靠性的问题,基于振动分析理论,在风扇叶片模态试验的基础上,结合有限元方法建立了叶片振动分析模型;考虑气体与叶片的耦合作用,建立了旋转叶片流道模型;利用计算流体动力学计算了额定工况下的叶片表面气动载荷,并将其引入旋转叶片有限元振动分析中进行了叶片静频、动频和振动响应分析,从而得到叶片在不同转速下的动态响应。分析发现,叶片转速在2 000~3 600r/min范围内的10个转速点存在谐共振。通过进一步分析10个转速下的叶片振型与动态应力得出:临界转速工况下的振动应力明显高于相邻转速,但共振应力峰值与临界转速并无正相关性;共振应力集中位置受叶片模态振型影响较大,始终出现于叶片前缘并沿叶高方向变化,表明叶片前缘最易发生振动疲劳。研究结果对叶片振动疲劳设计和维护维、修均有一定的指导意义。     

中央电视塔结构模型的空间地震响应与分析

将塔结构模型沿高度离散为有限元环，节圆处连接集中质量。利用旋转壳理论推导单元刚度与质量矩阵。由子空间迭代法求出塔结构模型竖向与水平振动前６阶振型及频率。输入ＥＬ－Ｃｅｎｔｒｏ三向加速度波，采用时程分析法做塔结构模型空间地震响应全过程响应，最终得出各节圆处位移与内力分布。计算结果与试验结果吻合良好。     

径向力对螺旋离心泵转子系统动力学响应的影响

为了研究流体激励力对螺旋离心泵转子系统动力学响应的影响,以一台单叶片螺旋离心泵为研究对象,利用CFX 14.5对泵的内部流场进行了非定常计算,得到了不同流量工况下叶轮所受的径向力随时间的变化情况.建立了转子系统的有限元模型,对转子的临界转速和振型进行了分析,研究了以不同流量工况下的径向力作为外部激励时,转子系统的瞬态响应.结果表明:不同流量工况下,叶轮的径向力均呈周期性变化,周期和叶轮旋转的周期相同;径向力可以分解为恒定量和脉动量,随着频率的增加,脉动峰值逐渐减小;在设计转速下,转子系统不会发生共振;当考虑径向力的作用时,叶轮上监测点处的径向位移呈现复杂的周期性变化,径向力的频率成分会在振动过程中体现出来.     

柔性旋转带冠叶片的非线性动力学特征

本文研究柔性旋转带冠叶片的接触振动问题．应用Frobenius方法计算旋转带冠叶片横向振动的动频和模态函数,并给出了模态函数正交性的证明．提出了利用叶片的弯曲动刚度描述的等效接触刚度来确定相邻旋转叶片接触刚度的方法,在此基础上,采用Galerkin截断将叶片的偏微分运动微分方程离散为常微分方程描述的旋转带冠叶片的分段线性动力系统．然后应用平均法,计算了旋转带冠叶片在尾流激励下的主共振响应,并分析当相邻叶冠间隙、尾流激励力幅值、叶片厚度和长度作为可调参数时系统的动力学响应与非线性行为,揭示了旋转带冠叶片的碰撞振动机理以及叶冠结构参数与叶片振动抑制之间的关系．     

铁路车轮结构动力学分析与仿真

本文采用国内铁道客车用外径为915D的s型辐板车轮为研究对象,利用Ansys有限元软件建立车轮三维有限元模型,分析车轮的固有特性（模态）,得到车路在固有频率下的振型,并总结出了标准车轮的振动特性及其规律.进行了车轮谐响应分析,并得到加速度和位移导纳幅值.研究结果表明：车轮的模态分析中,频率在0～300 Hz范围内车轮几乎没有变形;在300～1000 Hz范围内,车轮主要表现为踏面的轴向振动;在1000 Hz以上时除了踏面的扭摆振动,开始出现辐板的轴向和径向振动,在高频段内辐板和踏面是车轮的主要振动部位.并且由于车轮模型的对称性,使得车轮各阶模态振型左右对称.车轮的谐响应分析中,在8～1000 Hz的低频段,车轮辐板以面外振动为主,对应的轴向位移导纳比径向位移导纳大.在1000～4000 Hz的高频段范围,以面内振动为主,对应的径向位移导纳更大.车轮在8～4000的计算频域内的共振频率较多.在每个共振频率后,都对应出现一个响应很低的反共振频率.     

风扇叶片外物撞击瞬间转子振动响应分析

为研究风扇叶片外物撞击对转子振动的影响,参照某发动机设计搭建了风扇转子试验器,并结合有限元计算和锤击法试验获得了叶片的动静频,开展撞击位置、风扇转速等因素对转子振动特性影响试验。结果表明:风扇叶片遭遇外物撞击瞬间,转子振动频谱中叶片动频附近频率成分幅值变化明显;相比转子轴向位置振动,径向位置振动对外物撞击的响应很敏感且幅值变化明显;随着风扇转速升高,转子振动中叶片动频成分幅值会增大,而转子振动幅值并不一定会增大,振动幅值与撞击叶片编号、撞击位置等因素密切相关。     

调节级双胞胎叶片模态阶序的转移

采用三维8节点非协调单元有限元模型,对50MW汽轮机调节级双胞胎叶片的振动特性进行了计算分析.计算结果表明,在工作状态下,温度的影响和离心力的作用使得轮缘周向尺寸增大,造成了叶根的松动,从而导致振动延伸到叶根部分,振动下传不仅导致旋转状态下的固有频率小于相应的静频值,而且由于参加振动叶片的结构刚度和质量的重新组合,导致叶片模态阶序发生了转移.在静止时,叶片的第1阶固有振动为切向振动,第2阶固有振动为轴向振动;在旋转态下,第1阶固有振动变成了轴向振动,第2阶固有振动变成了切向振动.     

单自由度随机系统的幅频与相频特性变异性分析

采用Monte Carlo方法,引入相对均差函数的概念,对单自由度线性随机系统的位移响应的幅频与相频特性的变异规律进行了定量研究.结果表明,系统动力学参数中,刚度和质量随机都会引起幅频特性均值曲线的峰值降低、位置前移、半功率带宽值增加;而阻尼系数随机会引起幅频特性均值曲线峰值升高,半功率带宽值减小.与刚度随机时的影响相比,质量随机时的半功率带宽增加幅度较小,峰值位置前移幅度较大;刚度随机时对低频段影响较大,质量随机时对高频段影响较大.刚度与质量参数随机时相频特性均值曲线的拐点位置不变,只是拐点附近曲线陡峭度减小.与刚度和质量随机相比,阻尼系数随机时幅频与相频特性的变异较小.     

凸肩叶片的振动响应

使用弹性薄板理论建立带凸肩三叶片相互耦合的振动微分方程,经模态正交获得相互耦合的叶片振动响应方程,并使用Runge-Kutta法进行数值分析.凸肩叶片的振动响应主要取决于整体的固有频率、激振频率、激振力大小等因素,凸肩使各叶片相互作用,叶片整体的刚度增大.结果表明,叶片的固有频率由于受凸肩的作用而增大,叶片的振动响应呈拍状,包含相邻叶片的影响,凸肩可降低叶片的振动响应.受凸肩的影响,叶片整体的固有频率随着相互作用的叶片数增多而增大,凸肩叶片整体共振时的响应降低,叶片使用的安全性提高.     

薄壁圆柱壳旋转波动振动分析

应用Donnell's简化壳理论,在考虑阻尼的情况下,用复分析的方法研究了旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的线性波动振动.研究结果表明,使用复分析方法可以很好地求解圆柱壳的旋转波动振动问题.解的前行波、后行波实部为零可用来确定产生共振的频率及转速,而虚部可确定响应值大小.旋转的薄壁圆柱壳在线性振动时,有两个共振频率.波动共振响应曲线为拍,其幅值大小与波动模态阻尼比有关,一般后行波响应幅值要大于前行波响应幅值.     

脉冲力加载下的叶片-机匣动力学特性研究

针对叶片与机匣碰摩故障,将叶片简化为悬臂梁,采用Timoshenko梁单元建立了叶片在脉冲力加载下的动力学方程,同时考虑了柯氏力与离心力的影响.对不同转速下的叶片的动力学特性进行数值仿真.通过分析发现,在低转速时,叶尖位移的振动与脉冲力加载同步,并且在力消失后,叶片处于高频振动;而在高转速时,叶尖振动会由于惯性等原因,与力的加载不同步,表现出非线性特征,而自由振动时间较短,很快便进入下一周期,叶片处于低频振动.并且发现,由于离心刚化的作用,使得高转速时叶片的位移要小于低转速时的位移.     

大型风力机柔性叶片在运行工况下的内力分析

为了准确地模拟柔性叶片在运行工况下叶片危险截面的内力,进行叶片的强度与刚度分析,并考察叶片的振动对气动载荷与气弹响应的反馈,以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机为研究对象,建立了包含气动模型和系统的动力响应模型两部分的柔性叶片非线性气动弹性力学模型。采用计算多体系统动力学理论,基于Roberson-Wittenburg建模方法,结合叶素动量理论,建立了柔性叶片的气弹耦合方程,实现了叶片的气弹耦合时域响应分析。算例计算了NREL的5 MW近海风力机在紊流风速作用下,叶片各截面的挥舞、摆振和扭转方向内力矩的时域响应。研究成果对于叶片强度与刚度校核与优化设计有重要的应用价值。     

单质量盘转子扭振的动频研究

在转轴以一定速度旋转的条件下,推导了考虑转动频率情况下的单质量盘转子扭振运动方程,通过有限元方法对不同几何结构的单质量盘转子在不同转动频率下的扭振固有频率进行了计算,对影响单质量盘转子扭振动频的动频系数进行了分析．分析结果表明,离心力的作用相当于使转子的扭转刚度增加,从而在不同程度上提高了转子的扭振固有频率,而在影响单质量盘转子扭振动频系数的因素中,动频系数与转子转速的平方及质量盘直径的平方成正比,而与质量盘厚度关系不大．由此结果得出了动频的计算公式,并在该计算公式的基础上提出了用于判断单盘转子是否需要考虑扭振动频的判定准则,该项工作对于旋转机械如何避开扭振固有频率的设计具有重要的指导意义．     

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究

为了研究流体作用力、离心力及重力等载荷对混砂车搅拌叶轮模态的影响,建立了混砂车搅拌系统的三维模型,分别对叶轮的静态模态和预应力模态进行了分析。结果表明:各载荷对混砂车叶轮模态固有频率影响不大,叶轮在两种工况下固有频率变化较小,最大变化率仅为0.61%;在流固耦合作用下叶轮振型的第2阶及第3阶振型最大值有所减小,其他各阶振型最大值无显著增大。     

中间支承输流管道自由振动的有限元分析

基于Euler梁模型研究中间支承输流管道的动力学特性。首先,利用虚功原理,建立系统动力学有限元方程。然后,分析了支承刚度、流体离心力、预应力等因素对管道振动的影响。结果表明:支承刚度对管道系统动力学特性有重要影响,管路设计时须着重考虑;揭示了流体离心力是造成固有频率随流速增大而降低的根本原因;流体科氏力对各阶固有频率影响较小;预应力对振动的影响不可忽略,尤其是第一阶固有振动。     

直线滚动导轨结合面参数对数控机床动态特性的影响

对某机床厂CKS6116卧式数控机床导轨结合面的静、动刚度与阻尼等参数特性进行了研究.首先利用静、动态特性实验得出机床的各项动态参数,然后用ANSYS有限元分析软件模拟和显示机床在考虑导轨结合面参数条件下的各阶模态下的振型和固有频率.最后对整个机床进行激振试验,验证了仿真参数的准确性.说明直线滚动导轨结合面的静、动刚度与阻尼对机床的动态特性具有很大的影响.     

采用扭杆单元分析汽轮机长叶片振动的有限元法

本文提出了计算电站汽轮机长叶片固有振动的一种数值方法。为了反映长叶片自然扭曲度大的特点和缩减自由度,该方法将长叶片简化为扭杆,并从扭杆位移函数出发推导出扭杆的弹性势能、动能以及离心力势能,进而将长叶片沿高度离散为扭杆单元,并建立扭杆单元的弹性力刚度矩阵、离心力刚度矩阵和质量矩阵。应用实例表明,该方法的频率计算值和实测值相当接近,能满足工程实际要求。     

整个螺栓结合部的法向连接动刚度及试验验证

根据一种修正双变量Weierstrass-Mandelbrot函数,获得了整个螺栓结合部法向连接动刚度的解析解.采用等效表面的结构函数,给出了识别结合部分形维数、分形粗糙度的理论与试验方法.以风电机组五面体加工中心上的横梁-导轨结合部为对象,以测试试件的试验模态为基准,按照相似振型相关分析和固有频率定量比较的原则,对整个螺栓结合部法向连接动刚度的理论解进行了验证,结果表明,理论模型的振型与试验振型相吻合,理论的固有频率与试验的相对误差在-4.3％～5.1％之间.