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.     

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。     

内燃动车组柴油发电机组振动特性分析

建立了柴油发电机组六自由度数学模型,分析了机组的六阶振动模态,研究了机组的模态耦合特性;同时计算了柴油机组的激励,基于新型预测-校正积分法对机组振动响应进行了时域积分,得到了机组各阶自由度的振动响应,并采用旋转机械振动烈度的频域计算方法计算了机组的振动烈度,最后对机组隔振器悬挂刚度进行了优化.研究结果表明:机组的横摆、侧滚、摇头三阶模态因为模态耦合的缘故使得机组的横向振动过大;机组的纵移和点头模态虽然耦合在一起,但由于纵向不存在激励,机组纵向振动可以忽略不计;而机组的沉浮模态解耦度较高,单独参与了机组的垂向振动;机组隔振器优化后,机组的横向振动烈度由优化前的26.39mm/s降低至16.65mm/s,机组的振动得到了有效控制.     

内平动齿轮副多齿接触激励下的非线性振动周期解特性

用有限元方法分析了内平动齿轮副的啮合综合刚度,得到内平动齿轮副的啮合综合刚度存在多阶不可忽略的谐波成分的激励.考虑了这种多齿接触的时变啮合综合刚度和间隙非线性因素,推导出内平动齿轮副系统的运动微分方程.通过数值计算,模拟仿真系统在不同量纲一的激励频率及阻尼比情况下的相图和Poincare映射图.结果显示,系统的周期数和碰撞振动特性均随着激励频率和阻尼比产生复杂的变化.     

薄壁工件铣削过程中强迫振动响应分析

由于薄壁工件刚度较低,在加工过程中极易出现较强的强迫振动,因此导致工件加工质量降低,并进一步限制了工艺参数的选择。为求解薄壁工件的强迫振动响应并对其加以抑制,该文针对圆角立铣刀,基于力学方法建立了铣削力模型,通过实验标定切削力系数;基于实验模态分析方法,对薄壁工件的动态特性进行分析,得到刀具-工件振动系统的传递函数和模态参数;基于直接时域求解方法得出了薄壁结构受切削力激励产生的强迫振动响应(forced vibration response,FVR),并以稳态响应最大振幅为判断依据描述工件的振动强度。最后通过仿真得出了刀尖半径对强迫振动响应具有抑制作用的结论。     

一种求解含围带阻尼成圈叶片振动响应的高效方法

针对含围带阻尼成圈叶片的非线性振动响应计算时自由度多、迭代求解计算量大的问题,综合波传动法、高阶谐波平衡法及Receptance法推导了一种求解含围带阻尼成圈叶片振动响应的高效方法。根据成圈叶片结构周期对称的特点,采用波传动法,将含围带阻尼成圈叶片降阶为一个基本扇区进行振动分析,接触面的非线性摩擦力可由单个扇区的位移结合干摩擦模型求得;将降阶后单个扇区的时域振动微分方程由高阶谐波平衡法转化为频域代数方程,通过叶片正则振型的正交性对频域的振动方程进行解耦,并利用叶片局部非线性的特点对非接触面上的线性自由度进一步缩聚,从而减少非线性迭代的规模,提高计算效率。算例结果表明:采用所提求解方法的响应计算结果与采用整体模型的结果相差小于0.33%,计算时间缩短为原来的10%,验证了该方法的正确性、高效性,同时采用该方法研究了真实围带阻尼叶片的非线性振动响应。     

基于神经网络的尾流激励叶片气动力辨识方法

发动机中存在上下游干涉作用,上游叶片的尾迹流会引起下游叶片发生强迫振动。针对这一现象,提出了采用神经网络模型的方法辨识尾流激励下的叶片气动力。通过计算流体力学（CFD）方法获得时域尾流压力波及其叶片气动力作为训练信号和测试信号,分别用BP神经网络和NARX神经网络建立尾流激励下的叶片气动力辨识模型,对测试信号的叶片气动力进行辨识,并与CFD结果进行比较,探究这两种辨识模型的计算精度。算例结果表明基于NARX神经网络的叶片气动力辨识模型较基于BP神经网络的叶片气动力辨识模型计算精度更高,泛化能力更强。基于NARX神经网络的尾流激励叶片气动力辨识模型,可以快速准确地辨识不同振幅的随机尾流激励和周期尾流激励下的叶片气动力。     

基于分布参数模型的相邻结构阻尼器减震参数分析

采用剪切梁模拟两相邻结构、弹簧单元和阻尼单元并联模型模拟粘弹性阻尼器力学性能,基于复模态理论,求解阻尼器连接的相邻结构的动力特性指标.并采用Clough-Penzien白噪声模型作为地震激励,求解减震结构的地震响应,分析阻尼器刚度、阻尼以及结构基频之比等参数对减震效果的影响.结果表明,相邻结构间设置阻尼器为结构体系提供了附加阻尼比,减小了结构地震反应.基于结构总振动能量最小获得阻尼器最优刚度及阻尼,为相邻结构减震的初步参数设计提供了理论上的依据.     

气动力作用下旋转叶片的动力特性研究

气固耦合振动是叶片振动的影响因素之一,为了了解旋转机械中叶片在气流作用下的动力特性,使用CFX和ANSYS分别求解流场和结构响应.探讨了叶片在气流激励下的耦合计算方法,将旋转叶片与气流作为一个系统进行气流场与固体弹性结构的瞬态动态响应计算.建立了一个旋转叶片流道模型,对气流场进行全场三维非定常瞬态求解,将非定常气动载荷引入旋转叶片有限元结构计算中,得到叶片在不同转速下的强迫响应,并对其响应位移变化进行分析比较.结果显示在非定常条件下,叶片的不稳定范围位于固有频率附近.此研究为工程上对旋转叶片的动力响应预估和研究提供了一个可行的方法.     

多跨悬索面内动态特性分析

以单跨悬索自由振动理论为基础,研究了多跨索面内动态特性.首先获得悬挂端位移激励下单跨索水平张力增量的表达形式,应用动刚度计算单跨索的频率.之后根据位移连续条件及力矩平衡方程,首次提出了基于动刚度法的两跨及三跨索面内固有频率及相应模态计算方法.数值算例表明采用新方法获得的多跨索频率及模态与有限元结果一致,但采用新方法计算多跨索的频率更快捷、方便,根据计算对称模态频率的超越方程还可得到连续档导线不同模态产生共振的条件.本研究建立的新方法方便推广到任意多跨索频率及模态的计算,获得的频率和模态可应用于覆冰输电线气动稳定性及动力响应的理论分析.     

考虑正压力分配的B-B型涡轮叶片缘板阻尼器系统减振特性研究

为提升涡轮叶片缘板阻尼器设计水平,对比B-G（blade to ground）型阻尼器和切向无约束B-B（blade to blade）型阻尼器结构,提出了一种基于刚度设计的B-B型缘板阻尼器结构。在动力学建模中重点分析了相邻叶片缘板和阻尼器之间总的正压力随阻尼器与左、右叶片缘板间相对运动在左、右缘板间的分配,给出了基于阻尼器运动的正压力分配方法;通过数值仿真分析了正压力分配对系统振动响应的影响,并重点讨论了阻尼器刚度、外激励相位差、正压力以及外激励幅值对系统减振特性的影响。仿真结果表明,在左、右叶片缘板与阻尼器完全粘滞和左、右叶片相对阻尼器对称同步振动的工况下可以将正压力按照平均分配处理;相比于切向无约束的B-B型阻尼器和刚性的B-G型阻尼器,所提出的基于刚度设计的缘板阻尼结构具有更优的减振性能。因此,研究结果提升了涡轮叶片缘板阻尼器接触正压力计算的准确性,拓展了阻尼器设计思路,可为同类阻尼器设计提供理论和工程参考。     

组合悬臂板的非线性振动响应

为研究电机升高片,发动机凸肩叶片的非线性振动特征,将其简化成组合悬臂板模型,应用弹性薄板理论,推导出考虑阻尼、几何大变形的三个互相耦合的非线性振动微分方程.再使用Galerkin法获得广义坐标中的非线性方程组,采取Runge-Kutta数值分析方法获得了组合悬臂板非线性振动响应和幅频特性曲线.结果表明:由于几何非线性因素对系统的影响,非线性的振动响应小于线性振动响应;非线性共振频率大于固有频率,但仍在组合板各阶固有频率附近;非线性幅频特性曲线具有多值性和跳跃性,其形状与激振力大小有关.     

覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性及其影响因素分析

为探究覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性,分析温度、湿度、风速、运行时间四个因素对覆冰叶片振动特性的影响,以1:12.5建立的实体风力机模型为研究对象,搭建旋转风力机叶片覆冰振动测试试验台,设计四因素三水平正交试验,采用环境激励(风激励)和多点拾振的方法进行模态测试。试验研究了不同覆冰状态下旋转风力机叶片的振动特性及其变化规律;以最大振动频率为评价指标,分析四个因素对覆冰风力机叶片振动特性的影响。结果表明:相同覆冰条件下,覆冰厚度不变,旋转风力机叶片振动频率由叶尖至叶根逐渐减小;覆冰位置不变,覆冰厚度增加,旋转风力机叶片振动频率逐渐降低;旋转风力机叶片运行环境温度和湿度变化对其振动频率的影响较大。为进一步分析覆冰条件下旋转风力机叶片的位移响应和振型变化,建立了风力机三维模型,利用ANSYS软件对其进行谐响应分析,分析结果显示不同覆冰状态下叶片振型变化无明显差异,覆冰厚度增加,叶片位移响应值明显增大。研究结果可为覆冰条件下风力机运维策略选择及叶片覆冰安全监测提供理论参考。     

功能梯度材料变转速旋转悬臂板的非线性动力学研究

 以航空发动机压气机叶片为实际工程背景,将叶片简化为功能梯度材料的旋转悬臂板模型。基于Reddy的高阶剪切变形理论和von Karman的大变形理论,考虑了变转速和离心力的作用,由一阶活塞理论得到气动力的表达式,利用Hamilton原理建立了系统的非线性动力学方程。应用Galerkin离散法进行二阶离散得到系统的常微分控制方程。考虑系统1:1内共振和主参数共振的情况,利用渐进摄动法得到了旋转悬臂板系统四维直角坐标形式的平均方程。通过数值仿真研究了变转速旋转悬臂板结构的复杂非线性振动响应。结果表明,叶片转速的变化对系统动力学特性有着重要的影响,在不同的转速下,系统存在着周期运动、多倍周期运动和混沌运动等多种复杂非线性动力学行为。     

某型航空发动机压气机叶片气动负荷的近似计算

以某型航空发动机压气机四、五、六级动叶为研究对象，在缺乏叶片扭向设计参数的情况下，根据发动机在地面标准大气条件、设计转速下计算所得的气流参数——压力、温度和速度，应用压气机增压过程中的能量转换关系及级压缩功的表达式，并考虑到动叶受力远大于静叶受力、动叶故障率远大于静叶故障率的事实，近似计算了发动机设计转速下四、五、六级动叶的气动负荷随叶高的变化，从而找到了一种叶片气动负荷的近似计算方法，并为叶片强度校核及振动分析打下了基础。     

旋转机械的超谐波共振分析

用立方非线性描述隔振材料的非线性刚度特征 ,将旋转机械和隔振器归结为一个二自由度非线性动力系统 ,建立了其非线性动力学模型 在存在内共振和不存在内共振两种情形下 ,用多尺度法分析了当激励频率接近于系统线性化固有频率的 1/3倍时旋转机械的超谐波共振 ,导出了超谐波振动分量的幅值和相位的分析表达式 分析方法和结论对于旋转机械的隔振设计与隔振效果评价具有积极意义 参 5     

航空发动机压气机叶片的非线性振动问题

本文研究了航空发动机压气机叶片的非线性振动问题．将叶片简化为功能梯度材料的悬臂薄壁梁,因为是稳态气流,利用一阶活塞理论来计算气动力．考虑几何大变形的影响,利用Hamilton原理建立了叶片的非线性偏微分运动方程．运用Galerkin方法对方程进行一阶离散得到常微分控制方程．考虑1：1：1内共振情况,利用高阶多尺度法对控制方程进行摄动分析．基于平均方程,通过数值仿真模拟不同气流流速下旋转叶片的动态响应,得到相图、波形图和频谱图．结果表明：气流流速对系统动力学特性有重要影响,随着气流流速的增加,系统会呈现倍周期运动、周期运动、混沌运动等多种复杂动力学行为．     

阻尼叶片振动特性的优化研究

为了把“接触器端面正压力存在一个可使得响应最小的最佳值“的理论变为实际可行的操作,通过将最优化理论与阻尼叶片动力特性计算相结合,运用鲍威尔惩罚函数法,以系统在不同激振频率下叶顶响应位移的最大值为目标函数,通过调整相邻阻尼器之间的间隙和安装位置,以及阻尼器的结构尺寸如直径、厚度、宽度和位置等系统结构参数,使系统具有优良的动力特性,并结合某厂的900等级叶片进行了具体的优化研究。研究结果表明,优化后叶片振动响应从0．3631mm降低到0.0857mm,,使叶片获得了最优的振动特性,提高了振动安全性。