低频桨-轴-壳体耦合振动声辐射机理研究

为揭示低频桨-轴-壳体水下结构耦合振动声辐射机理,利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,从螺旋桨、推进轴系以及壳体结构传递特性出发,分析了各结构低频段模态频率与桨-轴-壳体耦合结构响应频率之间的相关关系,由此提出了桨-轴-壳体结构纵向和横向耦合振动声辐射峰值对应的优势模态。研究表明:螺旋桨桨叶对桨-轴系统的振动影响比较大,尤其是螺旋桨的全桨叶同向伞型弯曲振动对桨-轴-壳体的纵向振动声辐射贡献明显;桨-轴-壳体耦合系统的纵向声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体一阶纵向振动、桨-轴系统一阶纵向振动、壳体二阶纵向振动和螺旋桨全桨叶同向伞型弯曲振动,横向振动声辐射声源级曲线峰值主要对应于壳体弯曲振动及桨-轴系统弯曲振动;低频段螺旋桨纵向单位力引起的声辐射明显大于横向力作用下的声辐射。     

燃烧室热-声-结构耦合数值研究

航空发动机燃烧室多种载荷间的交变作用是影响其工作稳定性及疲劳寿命的重要因素。应用有限元方法开展了燃烧室多场耦合数值研究,对比分析了不同网格质量、湍流模型、流体速度及材料属性等因素对模拟产生的影响,并运用ANSYS Workbench 14.0分别采用单向与双向耦合方式仿真分析了热-声-结构耦合作用下的结构动力特性。通过试验数据与模拟结果的对比分析,得出网格质量对计算时间和准确性影响较大,湍流模型主要影响温度、压力与速度等流场结果,而流体速度对流场温度和结构振动频率等具有较大影响;耦合作用产生的根源为燃烧不稳定性,热载荷较之声载荷对结构振动影响更大且在频率为275 Hz和385 Hz附近时耦合对振动影响较强。研究工作对燃烧室设计等具有重要实际意义。     

深海立管参激-涡激联合振动试验

深海立管在海流作用下发生涡激振动,在平台垂荡作用下发生参数激励振动,参数激励-涡激联合振动使立管动力特性更为复杂.在船舶拖曳水池通过拖车带动立管运动模拟均匀流下立管涡激振动,并设计频率和行程均可调的连杆装置带动连接立管顶端的弹簧,以模拟立管顶端受平台垂荡运动的影响,从而进行立管参数激励-涡激联合振动试验,研究流速、顶张力及参数激励对深海立管涡激振动的影响.结果表明,流速越大,立管振动应力越大,振动主频率越高;顶张力越大,振动应力越小,顶张力变化对立管涡激振动主频率影响不大;参数激励加剧了立管的涡激振动,立管振动应力随平台垂荡幅值增大而增大,随垂荡频率升高而增大,立管振动频率出现了参数激励频率的成分.     

斜拉桥塔-索-桥面连续耦合振动模型及其影响因素分析

针对端部激励下大跨度斜拉桥主塔、拉索与桥面梁协同振动问题,考虑拉索的初始垂度、倾角、阻尼及拉索重力弦向分力影响,引入拉索的高精度抛物线形,建立桥塔-拉索-桥面连续耦合非线性振动精细化模型,推导结构系统在桥面和索塔激励作用下的非线性振动方程,研究塔-索-桥面梁结构系统面内振动特性,并编制程序分析桥面与拉索频率比、桥面激励幅值、索力、拉索阻尼及拉索倾角对拉索振动特性的影响规律。结果表明:桥面梁与拉索频率比是系统发生大幅振动的直接诱因,其频率比为有理数时,系统将发生大幅振动,频率比接近2时将激发大幅主参数共振;桥面激励幅值和索力对拉索振动特性影响较大,拉索振幅随桥面激励幅值的增加呈非线性增加,随索力的增加呈先急剧减小,后趋于稳定;索的振幅随拉索阻尼增加而减小,但是减小幅度有限;实际工程中,拉索倾角对斜拉索振动影响较小。     

用计入轴系回转效应的传递矩阵法分析船舶轴系的横向振动

文中简单叙述了用计入轴系回转效应,轴承刚度等因素的传递矩阵法计算船舶轴系横向振动的计算式,编出了计算程序,在 TQ—16电子计算机上对不同类型的实船轴系进行了计算分析,分析了轴承支撑刚度、靠近推进器的艉轴轴承支撑点的位置、轴承工作部分的长度、推进器等集中质量的回转效应、轴段的回转效应、轴系的工作转速及推进器的附水效应等因素对轴系固有振动频率的影响。指出上述诸因素,例如轴系的回转效应、轴系的工作转速等因素对不同类型的轴系所产生的影响是不同的,在研究轴系的横向振动时应充分考虑。     

轴承力作用下船舶尾部声振特性研究

利用有限元(FEM)/边界元法(BEM),建立了桨-轴-船尾部结构耦合振动模型,以实效伴流场下的螺旋桨轴承力作为激励源,分析了螺旋桨不同方向轴承力对尾部结构声振特性的影响.研究结果表明:在螺旋桨轴承力的作用下,船体结构振动响应峰值与螺旋桨倍叶频(BPF)或尾部结构固有频率相近;尾部结构水下辐射噪声特性随频率变化明显,当频率较低时,尾部结构的辐射噪声沿船长的分布相对均匀;随着频率升高,尾部结构的局部声辐射特性增强;水平力为引起船体结构振动并向外辐射噪声的主要分量.     

轴承刚度对船舶轴系振动特性的影响研究

针对某船舶轴系进行了三维几何建模,对不同位置、不同刚度的轴承条件下的轴系周有振动特性进行了分析,得到了不同位置不同刚度的轴承对船舶轴系固有振动特性的影响。计算结果表明,不同位置轴承刚度的变化对船舶轴系固有振动特性的影响有很大的不同。在所有的轴承中,船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承对船舶轴系的振动特性影响最大,同时这些轴承工作条件恶劣,在船舶正常运行过程中刚度要发生很大的变化,因此在船舶运行过程中必须时刻注意这些轴承的性能变化。其它位置处的径向轴承由于刚度相对较大,而且刚度不易发生变化,因此对船舶轴系的振动特性影响较小。而推力轴承刚度的变化影响只影响轴系的高频振动,对船舶轴系最关注的低频振动来说,影响可以不计。     

大跨越输电线路β阻尼线空间形态及特性分析

β阻尼线是大跨越输电线路重要防振金具,其线形影响微风振动防振效果.利用摄动渐进方法,构建了β阻尼线的空间静态线形模型,推导了β阻尼线微风振动和端部激励下的振动方程.并结合500kV吉阳大跨越β阻尼线防振方案,运用Matlab软件数值分析了β阻尼线的轴力、花边长度对其振动特性的影响规律.结果表明:β阻尼线的轴力随着花边长度和垂度的增加而逐渐减小;β阻尼线的自振频率受轴力和长度的影响较大;建议β阻尼线的单个花边长度小于5m,以减小微风振动对β阻尼线振动的影响.     

振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合研究

旋流分离器工作时受到外部流体的影响会产生振动,从而影响内部流场分布规律。为研究振动条件下旋流分离器内螺旋流的流固耦合作用,建立振动条件下旋流分离器的双向流固耦合模型,对同种激振频率下不同激振力的流固耦合作用进行数值模拟。结果表明:螺旋流场随着结构一起运动,而结构的运动引起了流场结构的偏移;周期振动下的流场径向速度变大,并随激振力的增大而增加;周期性激振力影响了切向速度的对称性,并使轴向速度近轴区域速度变大;不同截面的结构运动轨迹呈"O"型,振动形态呈抛物线状。     

多缸内燃机主轴承的结构振动响应分析

以某4缸柴油机为例，应用有限元方法在机体结构模态分析的基础上，对多缸内燃机曲轴各主轴承在曲轴轴颈作用力激励下的结构动力响应进行了计算，得到了曲轴各主轴承在不同方向上的结构振动响应曲线，并对其响应特征进行了分析。对轴承结构动力响应与机体结构模态特征间的关系，以及主轴承结构振动与机体结构振动和噪声辐射之间的关系也做了进一步的讨论。结果表明作用在主轴承上的径向力可以激起主轴承的轴向往复振动，该轴向振动传播到机体裙部并产生噪声辐射，因此可以通过控制主轴承的轴向往得振动来达到抑制机体噪声辐射的目的。     

船舶艉轴部尖声诊断

分析了某大型散装货轮艉轴部异常尖叫声。采用噪声和振动信号的频谱分析和相关分析,指出这种现象出现的原因在于船体刚度欠佳,致使中垂过大,轴系不对中,导致艉轴前密封盖艉轴卡环发生撞击式摩擦,最后用分子机械摩擦理论揭示了摩擦尖叫声产生的特点及其原因。     

列车随机激励下铁路站房结构振动响应分析

列车激励模拟是铁路站房结构振动响应分析首先要解决的问题,目前站房结构振动响应分析中列车激励时程多采用简单列车模型或典型频率谐载组合进行模拟.根据车辆随机振动理论,考虑完整的轨道不平顺谱和轮对间轨道输入相关性,模拟得到基于二系悬挂10自由度列车模型的列车随机激励时程,通过与现有实测数据及模拟时程对比,验证了所得激励时程时频域内的合理性.进行列车随机激励下天津西站大跨度站房结构振动响应分析,研究结构各层振动响应的频谱特性及RMS评价,结果表明：候车厅层振动卓越频率位于人体对竖向振动的最敏感频率范围内,应注意其对人体舒适度的影响.     

套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统横向振动特性分析

振动固井工程中利用激振器对套管柱进行激励使其达到共振效果,以此来提高固井质量,这就需要对套管柱-钻井液-水泥浆耦合系统进行模态和振动特性分析。针对这一问题,建立了套管柱-钻井液-水泥浆流固耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态分析和振动响应分析,采用单因素分析法对其固有频率影响因素进行仿真分析。结果表明,套管柱在流固耦合状态下各阶固有频率低于无耦合时的情况,相同阶数下,模态振型基本相似;耦合系统横向振动频率随长度的增加而减小,随钻井液密度和水泥浆密度的变化较小,随温度的升高而降低;在较大激振力下,底端振幅较大。实际固井作业中,可以发挥大激振力和低频组合方式产生的共振效果,来提高固井质量。     

船舶艉轴油封漏油止漏方法

现代大型船舶大部分都是采用Simplex型艉轴密封装置,这种装置采用滑油润滑艉轴承,其跟随性和密封性好,性能可靠。但是由于工作在海水中,长期受到海水的腐蚀,附着的海生物以及艉轴振动的影响,容易致使艉轴密封装置失效而导致滑油的泄漏。一旦滑油泄漏将导致海上污染,同时水分进入滑油中将导致艉轴的润滑性能变差,造成艉轴轴承的异常磨损。而船舶在正常营运过程中,不可能中途进坞去修理艉轴密封装置,所以我们遇到这种情况应该采取临时的措施来制止或减少艉轴滑油的泄漏,以坚持到坞修在做彻底的处理,经过实践证明下面论及的方法是可行的。     

一种汽车悬架振动试验台装置

设计了一种新型的汽车悬架振动试验台装置,用于汽车悬架研发的振动测试。试验台结构包括框架装置、动力装置、悬架模拟装置及电控装置。通过电机驱动偏心轴,提供正弦激励作为测试数据的输入量;安装于承重板上的传感器采集数据作为输出量。本试验台易于拆卸和安装,加快研发效率,缩短研发周期,提高汽车悬架振动试验台测试数据的可靠性。     

某航空发动机压气机叶-盘耦合振动分析

基于循环对称结构模态分析基本理论,建立并验证压气机叶-盘结构耦合振动特性分析方法和流程。在能够线性求解的前提下,考虑叶-盘间实际连接情况,不忽略叶片榫头与轮盘榫槽间应力状态对振动特性的影响。选取某民航发动机高压压气机第三级叶-盘结构为分析对象,提取结构特征参数,在ANSYS软件中建立起叶-盘结构的三维有限元模型,并进行耦合振动仿真分析。首先计算该叶-盘结构在不旋转工况下的频率和振型,然后计算其在常用转速工况下存在预应力时的频率和振型,分析得到离心载荷对频率和振型的影响规律。最后分析其行波振动特性,计算3节径1,3,5阶行波节径振动频率。考虑外缘叶片受到周期性气体力对叶-盘的激振影响,画出共振特性曲线,为后续结构分析和排故提供依据,同时也为压气机叶-盘结构的振动特性分析提供了便于工程应用的方法。     

基于本征正交分解和动态模态分解的尾涡激振现象瞬态过程的模态分析

尾涡激振是气动弹性领域的一种常见现象,在上游尾迹的气动激励下会导致流场中结构的强迫振动,该现象会危及被激励结构的完整性和疲劳寿命.本文使用圆柱/叶片的近似模型研究尾涡激振问题.该模型中的圆柱位于上游均匀来流,能够产生特定频率的卡门涡街;叶片位于流场下游,受到圆柱尾迹所施加的持续脉动激励,产生强迫振动.针对尾涡激励的近似模型,通过基于Fluent的二维数值计算,模拟了上游圆柱的脱落涡以及叶片从固定到以本身自然频率振动的瞬态过程,从而提供了流场变化过程的详细信息.基于非定常瞬态结果,采用本征正交分解(POD)和动态模态分解(DMD)分析方法,通过分解与重构叶片附近流场的压力场,提取模态频率及其变化过程,得到了尾涡激振现象的主要流动特征.通过对比两种模态分析结果发现,POD重构在残差处理方面有较大的优势,而DMD在单一频率模态的提取以及变化情况的分析方面更有优势.     

水平激励下钻井船矩形月池的水动力特性研究

研究了具有矩形月池的钻井船在小幅水平横荡简谐运动激励下的辐射问题.利用简化的底部边界条件,基于线性势流理论建立了钻井船月池二维流体运动方程,利用Galerkin方法求得月池内流体速度势,得到月池对船舶的附加质量表达式.利用半解析解,研究了月池的水动力特性及月池参数对船舶水动力参数的影响.以边界元方法建立具有矩形月池结构的钻井船数值模型,数值模拟结果与半解析解进行对比验证.结果表明,在激励频率穿过月池内流体的固有振动频率时,附加质量会依次出现正、负峰值;自由液面及月池底部无量纲速度分布受激励频率及月池无量纲水深的影响较明显;在不同无量纲水深下,半解析解与数值模拟结果吻合较好.     

人群-桥梁耦合振动研究及参数分析

根据交通流和生物力学的研究成果,将人体视为具有质量、刚度、阻尼的两自由度系统,建立了人群过桥时人群-桥梁耦合系统的动力学模型,分析了人群对耦合系统动力特性的影响,研究了不同行走模式时人群-桥梁耦合系统的动力响应和人致振动参数敏感性.结果表明:人群使耦合系统产生了附加振型;人群集度和位置对耦合系统的动力特性影响较大;行走人群对桥梁动力响应的影响主要取决于人群行走的频率是否与结构竖向基频相接近,以及人群行走步调是否相接近;人群集度和行走速度对人群-桥梁耦合系统的动力特性均有不同程度的影响.文中模型避免了计算人群与桥梁的耦合振动时参数取值的任意性.     

悬浮隧道锚索涡激-参激耦合振动响应分析

针对参激-涡激耦合激励下的悬浮隧道锚索动力响应问题,考虑了流体与结构非线性相互作用,假设涡激升力系数为结构振动位移的多项式,建立与结构运动耦合的涡激升力公式.通过欧拉梁理论和伽辽金法建立和求解锚索在环境激励振动下的运动微分方程,以一个拟建的悬浮隧道锚泊系统设计初步方案为数值算例,结合MATLAB程序并采用龙格-库塔法对锚索动力方程的进行了数值求解,分析了参数激励幅值、频率和流速等关键敏感性因素对锚索参激-涡激耦合振动响应的影响作用,以期为实际工程的设计提供有益的参考.分析结果表明:在涡激-参激联合激励作用下,会激起系统较大响应,系统安全性和稳定性变差;随着参数激励幅值的增加,锚索位移均方根逐渐增大,涡激升力与结构的耦合作用逐渐减小;涡激升力高阶项起到了非线性阻尼的作用,从而模拟涡激振动的振幅自限制性.