两层流体中垂直圆柱浮体的辐射水动力特性

基于特征函数匹配方法,建立了两层流体中垂直圆柱浮体水波辐射问题的求解理论,导出了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数的计算公式.针对垂荡、横荡与横摇振荡运动模式,计算分析了垂直圆柱浮体的附加质量和阻尼系数特性,并与均匀流体的情况进行了比较.结果表明,在垂直圆柱浮体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有显著影响的.     

高雷诺数下双圆柱绕流诱发振动的数值模拟

基于表面涡方法研究了不同间隙比及归一化阻尼参数下,串列和并列双圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率等.结果表明:圆柱为刚性时的计算模拟结果与相关文献的实验结果吻合良好;在文中的研究条件下,串列双弹性圆柱具有屏蔽流的特征,涡脱落频率比刚性圆柱的大,其值主要取决于归一化阻尼而非间隙比;流体从并列双弹性圆柱分离的涡是对称的,与并列双刚性圆柱相比其平均力系数略小,但由于流体诱导振动造成的脉动力系数较大,故流体诱导振动对并列圆柱的动态响应有重要的影响.研究结果为亚临界雷诺数范围内热交换器管束的复杂流体诱导振动等问题提供了一种可能的计算方法.     

静水中悬臂同轴圆柱壳的流固耦合振动分析

采用能量方法计算固定—自由边界条件下的同轴圆柱薄壳结构在水中的振动频率,通过假设振型来计算壳体和流体的能量,由Hamilton原理给出流体附加质量系数的表达形式并计算出振动频率,讨论了间隙因素对频率的影响.结果显示,本方法所得的解与由ANSYS方法得到的解符合较好.     

板状结构上的流体附加质量、附加刚度和附加阻尼系数

研究刚性矩形框内板状结构的流固耦合影响。基于粘性流理论推导出多层叠层板状结构和刚性矩形框内的流体动压近似理论解析表达式。得到系统的附加质量系数、附加刚度系数和附加阻尼系数。结果表明流体的耦合系数与板间距相关：附加质量系数与板间距的大小成正比;附加刚度和附加阻尼系数与板间距的立方成反比。     

内置电缆对连续油管内流场的影响

采用FLUENT对内置电缆连续油管内原油流动状态进行了数值模拟,分析了电缆弯曲度和弯曲段长度对油管内流体的作用规律。研究结果表明,流量一定时,随着弯曲度增加,井段内宽、窄间隙处流体的速度差增大,而沿程压降随弯曲度的增大而减小;弯曲度一定时,井筒长度对流体在偏心环形空间中流动速度的影响很小,沿程压降随井筒长度呈线性增加。     

单列圆柱流体诱导振动数值模拟研究

基于表面涡方法和流固耦合模型,研究了雷诺数为2.67×104时的单列圆柱流体诱导振动问题,并计算了涡云图、流体力、振动响应、涡脱落频率等.计算模拟结果很好地重现了刚性单列圆柱在小间隙比(1.5)下以宽、窄尾涡交替和多频为特征的非均匀流态,以及间隙比为2.0时的涡脱落现象.此外,还研究了单列自由振动的弹性圆柱在间隙比为2.0时的流体诱导振动问题,结果表明:在大振幅条件下,流体诱导力在x方向和y方向有较强烈的耦合;随着振幅的减小,x方向振动对y方向振动的影响可以忽略,可采用单自由度的动力学模型假设进行计算.     

斜拉索-三单元Maxwell阻尼器系统的复模态分析

针对拉索-三单元Maxwell阻尼器系统的自由振动，运用复模态方法分析得到系统最优模态阻尼比和阻尼器最优阻尼系数的近似解析解．采用三单元Maxwell阻尼器模型模拟粘滞阻尼器、阻尼器内刚度和支架，得到拉索一三单元Maxwell阻尼器系统的运动方程．通过复模态分析得到以超越方程形式表达的系统自由振动阻尼特性的解析形式．对于阻尼器安装位置接近索端的情况，给出了有理函数形式的近似解析式．采用迭代法对解析形式的复特征频率方程进行了数值分析，结果表明近似解析式具有良好的精度．研究表明，阻尼器内刚度和支架柔度的耦合作用将显著削弱阻尼器的减振效果；阻尼器的最优阻尼系数随阻尼器内刚度的增大而增大，但随支架柔度的增大而减小．     

水下环肋圆柱壳的振动耦合频率影响因素分析

在Flügge理论的基础上,考虑流体的影响,通过波动法推导出静水压力下环肋圆柱壳耦合振动特征方程,并利用牛顿迭代法求得耦合振动频率。将静水压力下圆柱壳与环肋圆柱壳的计算结果进行了对比,验证了本文方法的正确性和有效性。通过算例分析了在不同边界条件下,环肋形式、静水压力、圆柱壳尺寸、环肋尺寸和环肋数目等因素对静水压力下环肋圆柱壳耦合频率的影响。研究结果表明:在静水压力下,肋条的存在增强了圆柱壳的振动强度,耦合作用的存在降低了圆柱壳的振动强度。连续静水压力下,随着静水压力的增大,圆柱壳的振动强度不断减弱;圆柱壳尺寸、肋条尺寸和环肋数目的改变在不同程度上改变了圆柱壳的耦合频率。     

轮毂直驱空气悬架系统垂向动力学特性分析

针对轮毂直驱电动汽车簧下质量较大和电动机不平衡电磁力的问题,进行了轮毂直驱空气悬架(hub direct drive air suspension,HDD-AS)系统垂向动力学特性分析.构建了轮毂电动机与带附加气室空气悬架耦合模型,当轮毂直驱空气悬架系统在路面随机激励与电动机不平衡电磁力耦合作用下,附加气室容积和阻尼系数改变时,分析了电动机偏心距、电动机不平衡电磁力、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度均方根值的变化规律,研究了附加气室容积和阻尼系数变化对电动机偏心距、簧上质量加速度、悬架动行程、轮胎动载荷和簧下质量加速度的频域影响.结果表明:附加气室容积和阻尼系数的变化对轮毂直驱空气悬架系统悬架性能和轮毂电动机振动具有较大的影响.     

有限深两层流体中振荡球形潜体的水动力特性

研究了有限深两层流体中潜浮式球形结构物的辐射问题．在势流理论框架内,基于多极展开理论,提出了两层流体中振荡球形潜体的附加质量和阻尼系数的计算方法,进行了数值计算分析,并且与均匀流中的情况进行比较．结果表明在球形潜体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对球形潜体的附加质量和阻尼系数有重要的影响．同时,对球形潜体振荡产生的自由面和内界面位移场及流域内速度矢量场进行了数值分析．     

淹没深度对离心式叶轮模态参数的影响

离心式叶轮结构振动及其幅值受周围水体附加质量和阻尼的影响.为了明确不同淹没深度对离心式叶轮动力响应特性的影响,开展了数值计算和实验研究.基于声固耦合方法,开展了空气和不同淹没深度条件下叶轮的模态分析;通过锤击法获得了在空气和不同淹没深度条件下的叶轮结构响应参数,并评价了固有频率的数值预测精度;根据数值计算和实验结果,构建了结构振型、附加质量参数和阻尼参数随淹没深度的变化规律.结果表明:随着淹没深度增大,结构振型未发生改变;但叶轮附加质量系数和阻尼比都呈线性增长趋势;完全淹没时,水体附加质量及阻尼比分别为空气中的0.39倍和1.76倍.      

垂荡阻尼板的强迫振荡试验

垂荡阻尼板是一种增加Truss spar阻尼的结构形式，它可以通过增加平台的阻尼和附加质量，从而达到减小其垂向运动的目的．为了研究垂荡板的水动力，进行了三角形垂荡板在单板和双板两种情况下的强迫振荡试验．将试验结果用Morison公式进行了分析，给出了垂荡板在较大Re和Kc时的惯性力系数和拖曳力系数，并探讨了板间距对水动力系数的影响，得出了理想的板间距．对阻尼板的设计具有一定的实用意义．     

船舶水弹性的反对称波激响应

基于Bishop和Price的船舶水弹性理论,推证了船舶反对称波激响应的动力方程。采用Frank精密拟合法对势流的附加质量和阻尼系数进行了理论计算;并应用池田良穗提出的方法对粘性阻尼作了估计。针对一艘集装箱船的反对称动力响应进行了数值计算,结果表明该方法是成功的。     

浮式结构物附加重量与附加阻尼的仿真和识别

浮式结构物可以简化为由弹簧-质量-阻尼组成的模型。首先,使用数字滤波器对其简化出模型进行仿真。其次,在简化模型的基础上对浮式结构物垂荡方向的附加重量和附加阻尼进行识别。最后,为验证该方法的正确性,以一个漂浮的垂直圆柱体为例子,进行计算分析。分别对实际的附加重量和附加阻尼与识别得到的附加重量和附加阻尼进行比较,结果显示吻合性较好,从而证明了本文所提出的方法的正确性。     

轮毂电机气隙偏心下不平衡电磁力与转子系统振动特性分析

相对于传统电机,轮毂电机在电动车行驶过程中,由于路面激励等外界因素的作用,定转子之间会更容易产生偏心,造成轮毂电机气隙不均匀而产生不平衡磁拉力,影响轮毂电机的运行。以一种表贴式永磁同步轮毂电机为研究对象,建立等效的转子动力学模型。通过解析计算和Maxwell Ansoft软件分析了气隙偏心下轮毂电机电磁力的变化情况,并将不平衡电磁力带入等效转子系统运动方程,运用隐式Newmark积分法对转子系统在不平衡电磁力、质量偏心和初始误差偏心影响下的动力响应进行计算。结果表明:气隙偏心会产生特定频率的不平衡磁拉力,增大质量偏心会减轻不平衡磁拉力对转子系统的影响,并且初始位置误差偏心会使转子轴心朝偏心方向偏移,并会与重力相互作用。研究结果可为分析电动车用轮毂电机定转子的振动和后续的控制奠定基础。     

多层油膜阻尼转子系统动力学建模方法的研究

对多层油膜阻尼柔性转子系统的动力学模型进行了研究 .从运动流体的动量微分方程及其质量连续性方程出发 ,分别采用紊流短轴理论和层流长轴理论来分析挤压阻尼器油膜层和滑动轴承油膜层 ,推导出油膜层压力分布函数 .在模型的建立过程中 ,考虑了旋转机械中出现的外界阻尼力、间隙激励力、外界异频干扰力和外界静态载荷     

质量慢变转子系统碰摩的可靠性分析

通过建立质量慢变转子系统的动力学方程,将转子系统的刚度、阻尼、偏心距和定子径向刚度作为随机参数,利用随机摄动理论、Kronecker代数、矩阵微分理论、随机振动理论系统地研究了质量慢变转子系统的随机响应问题.应用可靠性的应力-强度干涉模型,建立质量慢变转子系统碰摩的可靠性模型,利用Edgeworth级数和四阶矩技术,对质量慢变转子系统碰摩的可靠性进行了研究,并求出了数值解,给出了可靠度曲线.     

内燃机曲轴轴系弯扭耦合非线性振动响应

建立了内燃机曲轴轴系弯扭耦合运动微分方程,模型中考虑了轴系变惯量、质量偏心和非线性干摩擦阻尼力等因素.采用数值积分法研究了质量偏心和转速对系统非线性动力学响应的影响;将系统微分方程组转化为非线性代数方程组,运用谐波平衡法获得了系统幅频特性.结果表明,谐波平衡法与数值积分法得到的结果吻合较好;气缸与活塞间阻尼会对系统响应振幅产生明显抑制作用;减小曲轴轴系偏心量可以有效地提高曲轴系统运动稳定性.     

双圆柱形浮体波能装置双自由度响应及转换效率分析

大部分波能装置是通过载体的振动吸收波浪能,双圆柱形浮体是其中一类波能装置,研究双浮体波能装置的振动特性对于设计及提高波能装置整体转换效率具有重要的指导作用.本文把双浮体波能装置物理问题简化为具有黏性阻尼二自由度的受迫振动系统,采用线性波理论和特征函数展开匹配法求解了波浪引起的激励力、附加质量和阻尼系数,基于振荡浮体的双自由度运动方程推导了波能装置的响应和转换效率表达式,并给出了优化原则.数值分析表明阻尼优化曲线有一波峰部分同弹簧无关,峰值的大小和对应的频率只同工况有关;当弹簧存在时,优化曲线呈现双峰值,双峰值对应的频率宽度随弹性系数的增大而变窄;低频段峰值对应阻尼较小,相对响应较大,高频段优化峰值对应相当大的阻尼,相对响应较小,几乎小于入射波波幅.