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.     

计算旋转叶片动态频率的一种新方法

针对旋转叶片的结构和工作特点,基于旋转态下的悬臂梁理论,建立了考虑叶片离心力作用的动力学方程.采用梁函数法推导了在变转速状态下悬臂梁频率的解析表达式,进而确定了叶片在离心力作用下的固有频率随转速的变化规律,获得了叶片动频率、静频率与转速之间的关系,得到了一种新的叶片动频系数公式.最后,采用解析法和经验公式法分别计算某叶片的前三阶动频,结果表明该方法的合理性.     

含横向裂纹的转动轴的振动基频分析

利用等效线弹簧模型近似计算了含裂纹转动轴的自由振动基频。裂纹轴的横向位移看成是由无裂纹轴的横向位移和由裂纹引起的附加位移的叠加。具体讨论了裂纹深度、裂纹所处的位置以及裂纹角对轴自由振动基频的影响,其结果与实际情况吻合。     

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。     

一种双桥臂微悬臂梁谐振频率的影响因素研究

为了获得双桥臂硅微悬臂梁的谐振频率随其质量块尺寸的变化规律,首先推导出了双桥臂硅微悬臂梁谐振频率的解析式,并对9组不同尺寸的双桥臂单晶硅微悬梁的谐振频率随附加质量块长度的变化规律进行了分析.结果表明,随着附加质量块长度的增加,悬臂梁的固有频率会逐渐地减小,并且随着质量块长度所占微悬臂梁总长度比例的增大,附加质量所引起的微悬臂梁谐振频率的变化量在总谐振频率中所占的比重呈逐步减小的趋势.     

扇级凸肩叶片流固耦合振动响应分析

在ANSYS Workbench中,联合Transient Structural和CFX模块对航空发动机扇级叶片进行双向流固耦合振动行为研究。分析叶片转速和凸肩结构对叶片模态频率、模态振型以及气弹稳定性的影响。结果表明,转速增加对叶片的预应力模态频率提高显著,但对模态振型的改变微乎其微。施加凸肩结构不仅能提高模态频率,而且对模态振型改变较大,明显地减小了振动位移。在叶片上,合理的凸肩安装位置不仅能提高叶片气弹稳定性和运行的平稳性,而且能降低高周疲劳破坏的几率。     

高速泵内三维非定常湍流激振计算

针对某一高速泵系统的诱导轮叶片在实际运行时出现裂纹断裂现象,利用三维Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对高速泵内多级动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了诱导轮内部流体压力脉动的主要特征。计算结果表明,诱导轮全流道内流体压力脉动的频率成分一致,在某一转速范围内出现与叶片固有频率接近的频率成分,它是造成诱导轮叶片出现裂纹的主要原因。说明利用滑移网格技术及RNG湍流模型,可以模拟三维非定常湍流的激振问题。     

基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

呼吸型裂纹梁的非线性振动

基于梁裂纹在动静力荷载作用下的弯矩-转角曲线,考虑裂纹开闭状态的过渡效应,建立了一种新的呼吸裂纹的瞬变刚度扭转弹簧模型,给出了具有任意裂纹数目梁瞬时模态的统一显式表达式,以及一种呼吸裂纹梁非线性动力响应的近似计算方法.数值分析了含单条呼吸裂纹简支梁的自由振动以及双裂纹悬臂梁在简谐荷载作用下的动力响应.结果表明:该裂纹等效瞬变刚度扭转弹簧模型可较好地描述裂纹的开闭合过程,裂纹梁的瞬时频率介于完全开裂纹梁和完全闭合裂纹梁的自振频率之间,并逐步趋于常数;同时,裂纹的开闭状态以及裂纹所处的梁上下表面位置对裂纹梁的非线性动力响应有显著影响.     

分支结构参数变化对柔性转子动力特性的影响

针对动力涡轮转子中存在的悬臂分支结构,研究了柔性转子动力学特性随分支结构参数的变化。建立了带分支转盘系统的转子动力学模型,利用拉格朗日方程推导了其运动微分方程,采用数值方法对不同法兰盘偏置量、分支轴长度、弹性支承刚度下转子系统的临界转速、振型和不平衡响应进行了计算和比较。研究表明,改变分支结构参数对系统不同振型临界转速的影响不同,通过降低法兰盘偏置量、增大分支轴长度,可以显著地减小转子的弯曲临界转速,同时降低转子的抗弯刚度,造成涡轮盘处的不平衡响应增大。     

基于集中柔度模型电流变体-砂浆悬臂梁固有频率的理论分析

直接将电流变体密封后埋置在砂浆梁中制成智能复合悬臂结构,采用瞬态激振的方法测定其在不同电场强度下固有频率,对频率随电场强度的变化规律进行了实验研究.结果表明电场强度对第一、二阶频率影响比较大,对第三阶频率影响很小,而且电流变片埋置位置对复合梁的整体振动特性的影响比较大.在此基础上,利用一种基于集中柔度模型的分析裂纹梁动态响应的新方法对这种复合结构进行了数值分析.通过定义等效裂纹深度,建立了电流变体-砂浆复合悬臂梁的振动模型,得到计算复合悬臂梁频率的特征方程,并根据实验数据确定模型的参数,最后用于模拟含电流变体的砂浆悬臂梁随电场强度变化时固有频率的演化规律.研究结果显示,该模型的解析解与实验值吻合得较好,对前三阶频率模拟的效果较为理想,说明该模型可用于含电流变体砂浆复合悬臂梁的振动分析,为电流变体在实际工程结构振动控制领域的应用奠定了理论基础和实验依据.     

螺旋钻采煤机输送机构的振动频率

研究螺旋钻采煤机输送机构的振动特性,通过假设与简化建立了输送机构的振动模型,根据机械振动学原理建立输送机构固有频率和振型的数学模型,运用MATLAB软件求其前五阶的振型,获得了各阶固有振型的变化规律,分析了输送机构的结构参数和运动参数对固有振动频率的影响。结果表明：输送机构的振动频率随其长度、内径、螺旋升角和转速的增加而减小,随叶片厚度和外径的增加而增大。此研究为合理设计螺旋输送机构的结构参数、运动参数和降低输送机构及其整机的振动提供了参考。     

基于ABAQUS的悬臂梁模态及动力响应分析

基于有限元分析软件ABAQUS,构建了悬臂梁的参数化模型.对其进行了模态以及稳态动力响应的分析,得到了系统固有频率、振型固和稳态动力响应的应力与位移结果,为进一步的动态特性优化提供理论指导.     

DCB试样J积分和加载点位移Δ的幂强化半解析解

利用非线性弹簧裂纹端模型,求得了双悬臂梁（ＤＣＢ）试样的幂强化全塑性Ｊ积分和加载点张开位移Δ的半解析解。特别是,还根据Ｊ积分的形变功率定义和ＨＲＲ场理论,建立了一个关于ＤＣＢ试样Ｊ积分随裂纹长度变化的微分方程,其解从理论上说明了非线性弹簧裂纹端模型作为二级近似的合理性。文中还就刚性裂纹端模型的Ｊ积分解的应用范围作了讨论。     

基于应变模态梁型结构损伤识别研究

传统损伤识别方法大多仅限于结构件中单个裂纹的确定,且损伤识别指标无法准确反映早期局部损伤。为此,提出了一种以应变模态差为表征指标的结构表面多裂纹损伤识别方法。首先,依据欧拉伯努利梁理论,建立了含有多裂纹悬臂梁结构传递矩阵方程,得到含裂纹悬臂梁位移模态振型和应变模态振型;其次,计算损伤前后应变模态差并作为损伤识别指标进行识别。以悬臂梁为例,利用MATLAB分别对单损伤和多损伤等不同工况条件进行了模拟仿真,在此基础上,利用PVDF压电传感器进行了单裂纹和双裂纹悬臂梁损伤识别实验。仿真结果和实验结果表明：应变模态差可以对单裂纹与多裂纹损伤工况进行识别,且识别精度高。     

液体晃荡压力分布规律OpenFOAM模拟研究

利用振动台试验数据对基于开源程序OpenFOAM建立的液体晃荡模型进行了验证．利用验证后的数值模型研究了液体深度与液舱长度比为0.15和0.33两种工况下,矩形液舱在不同频率下的液体晃荡压力分布规律．冲击压力最大值及其均方差对频率的响应曲线显示液体深度与液舱长度比为0.33时比0.15时更容易发生剧烈的晃荡现象．不同液体深度的晃荡冲击压力对频率的响应曲线呈现不同的规律：对浅水晃荡来说,压力最大值随着频率的增大先缓慢增大后快速减小;对有限水深晃荡来说,压力最大值随着频率的增大先快速增大后缓慢减小．晃荡压力沿舱壁的垂向分布规律表明最大冲击压力位于自由液面稍上处,并且位于最大冲击压力位置之下的压力沿舱壁的分布规律均可以拟合为二次多项式形式．     

汽轮机围带叶片组动应力计算方法兼分析法国卅万吨合成氨成套设备KT1501型汽轮机叶片断裂事故

本文叙述由汽轮机围带扭叶片组各类计算振型、按能量守恒原理进一步算得在发生各类振型的共振时叶片组叶身、叶根、围带及铆钉的振动应力。并根据材料的许用耐振强度判断其共振的安全性。本法主要用来计算电厂汽轮机中等长度的叶片。这里也计算了曾发生五次振动断裂的法国进口机组第一级动叶,计算结果表明该级原先叶片主要是由于2nZ喷咀激振力引起的叶片组轴向弯曲U型共振断裂。经法国修改设计后,仍旧断裂,但断于nZ喷咀激振力引起的叶片组切向弯曲B_o型共振。计算结论与实际事故部位及断口分析符合。     

基于应变模态差的悬臂梁结构裂纹检测

传统损伤识别方法大多仅限于结构件中单个裂纹的确定,且损伤识别指标无法准确反映早期局部损伤。为此,提出了一种以应变模态差为表征指标的结构表面多裂纹损伤识别方法。首先,依据欧拉-伯努利梁理论,建立了含有多裂纹悬臂梁结构传递矩阵方程,得到含裂纹悬臂梁位移模态振型和应变模态振型;其次,计算损伤前后应变模态差并作为损伤识别指标进行识别。以悬臂梁为例,利用MATLAB分别对单损伤和多损伤等不同工况条件进行了模拟仿真,在此基础上,利用PVDF压电传感器进行了单裂纹和双裂纹悬臂梁损伤识别实验。仿真结果和实验结果表明:应变模态差可以对单裂纹与多裂纹损伤工况进行识别,且识别精度高。     

DCB试样J积分和加载点位移△的幂强化半解析解

利用非线性弹簧裂纹端模型,救是了双悬臂梁（ＤＣＢ）试样的幂强化全塑性Ｊ积分和加载点张开位移△的半解析解,特别是,还根据Ｊ积分的形变功率定义和ＨＲＲ场理论,建立了一个关于ＤＣＧ试样Ｊ积分随裂纹长度变化的微分方程,其解从理论上说明了非线性弹簧裂纹端模型作为二级近似的合理性。文事还就刚性裂纹端 Ｊ积分解的应用范围作了讨论。     

人工肌肉IPMC电致动响应特性及其模型

采用自行设计的悬臂梁装置对人工肌肉IPMC的电致动响应特性进行测试,研究在直流电压作用下悬臂梁位移与电压的关系及在方波电压作用下位移与电压频率的关系,建立IPMC材料的力学模型;提出IPMC材料悬臂梁电致动挠曲线方程的大变形解法,导出作用于IPMC悬臂梁上的等效弯矩与电压、频率的函数.测试结果表明,在电压为5 V时位移达到最大值11.1 mm;当电压的频率大于30 mHz时,随着频率的增加,悬臂梁的位移逐渐减小,且在30～100 mHz时下降迅速.模型计算结果与测试结果最大相对误差在10%以内,证实了模型的准确性.