基于应变模态的自带冠叶盘结构振动局部化问题

目前循环周期结构振动局部化问题的研究多采用位移模态,应变模态鲜见用于相关研究。因此,基于自带冠叶盘结构有限元模型,提出将应变模态用于振动局部化问题研究的设想,对比分析了应变模态和位移模态在衡量失谐叶盘结构振动局部化时的效果。研究发现,与位移模态相比,基于应变模态的振动局部化尤其是振动响应局部化对刚度失谐更敏感;同一阶次的应变模态振型和位移模态振型不完全相同。研究结果对含减振结构循环周期系统的设计有重要理论意义。     

组数与组间刚度对成组叶盘振动局部化的影响

组数和组间刚度是影响成组叶盘振动特性的两个重要结构参数。本文基于成组叶盘的集中参数模型,推导了成组叶盘的振动方程,计算得到了不同组数和组间刚度下失谐成组叶盘的振动响应局部化因子,分析了组数和组间刚度对失谐成组叶盘的振动响应局部化的影响规律。结果表明:在叶片总数一定的情况下,随着叶片组数的减少,失谐成组叶盘的局部化程度明显降低;而随着组间刚度的增大,失谐成组叶盘的局部化程度先增大后减小,最终保持在相对稳定状态。研究结果可以为成组叶盘的优化设计提供一定的理论支持。     

干摩擦阻尼结构对失谐叶盘振动局部化的约束作用

为了研究干摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统振动局部化的影响,采用能够复现局部微动滑移特征的三维微滑移干摩擦模型和抗混叠时频域融合算法,对含干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统进行了强迫振动的计算模拟。比较了考虑围带处干摩擦阻尼和未考虑干摩擦阻尼时叶片振动响应的变化及局部化因子的大小,并研究了干摩擦阻尼参数在失谐叶盘系统减振控制中的影响规律。计算结果表明:干摩擦阻尼结构可降低失谐叶盘系统振动响应的局部化程度,叶片间的摩擦约束力完全不同,每支叶片所对应的最优初始正压力及最优摩擦系数均不相同。由于干摩擦阻尼结构对失谐叶盘中每支叶片的减振效果存在差异,在进行失谐叶盘系统减振设计时需考虑摩擦控制参数与各个叶片之间的匹配问题。     

基于PIHISCMSM失谐叶盘振动特性研究

针对新型航空发动机盘片轴一体化复杂转子系统的耦合振动问题,提出考虑预应力的改进混合界面模态综合法(PIHISCMSM),通过模态分析验证了该方法的准确性.基于Isight软件集成APDL语言,建立了叶盘系统CAD/CAE参数化驱动有限元分析平台,研究了不同叶片厚度失谐叶盘系统的动力学特性.研究表明,同种失谐模式下,叶片厚度不同时,叶盘系统的模态局部化因子对于不同模态振型的敏感程度不同,随着叶片厚度增加,叶片主导振动频率增大,叶盘系统的共振频率增加,共振峰值下降,增加叶片厚度能够降低失谐叶盘系统的振动响应局部化程度.     

三维叶盘失谐模态分析的摄动降阶方法

针对失谐叶盘结构振动局部化引起的叶盘高周疲劳会对叶片安全性产生不利影响,真实叶盘结构的细节较多、网格划分后的节点数目庞大、模态计算的效率较低等问题,提出了一种摄动降阶方法。将叶盘刚度阵和质量阵分为谐调部分与失谐部分,利用固定界面模态综合法中的坐标降阶转换关系,将已知的原始结构中的失谐部分转换为降阶结构中对应的改变量。通过摄动方法,循环利用谐调模态信息,将失谐叶盘模态的求解转化为失谐矩阵与谐调矩阵的乘积形式,快速计算对应失谐分布下的叶盘固有频率与振型。对Rotor#67压气机叶盘进行计算,结果表明:相对于完整求解方法,摄动降阶算法的频率计算误差低于0.3%,模态位移计算误差小于0.25%;摄动降阶法的模态计算时间最高为常规降阶法的30%,说明在满足工程计算精度的要求下,所提方法能大幅提高失谐叶盘模态的计算效率。     

干摩擦阻尼对失谐叶盘系统受迫振动的影响

针对目前含非线性干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统振动特性研究中,非线性干摩擦接触模型的建立及高自由度非线性系统的求解问题,采用抗混叠时频域融合算法和三维微滑移摩擦接触模型,对某含有非线性干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统的受迫振动响应进行计算分析,研究了干摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统受迫振动响应的影响,并对含接触面非线性干摩擦失谐和叶盘系统失谐耦合作用下的双重失谐叶盘系统的振动特性进行了研究。结果表明:非线性摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统的振动有抑制作用,在文中参数条件下振幅平均下降了9.53%;摩擦阻尼结构对失谐叶盘中每支叶片的减振效果存在差异,每支叶片达到最佳减振效果时所对应的最优初始正压力不同;接触产生的摩擦失谐对失谐叶盘系统同样有减振的作用;当接触面法向刚度失谐与叶盘系统的失谐强度和失谐量分布相同时,摩擦阻尼减振作用比摩擦力协调时减弱,在文中参数条件下振幅平均下降量减少了3.45%。     

裂纹和刚度失谐对叶盘结构振动特性的影响

为区分裂纹和刚度失谐两种不同失谐情况对叶盘振动的影响,本文采用有限元方法,以真实的整体涡轮叶盘为基础,分别建立谐调叶盘和1%,3%和5%失谐强度以及1 mm,3 mm和5 mm裂纹深度下的叶盘模型,并对其进行模态分析和谐响应分析。得出结论如下:刚度随机失谐和叶片裂纹均能导致叶盘结构振动局部化;刚度随机失谐导致叶盘结构的共振频率范围增大,而叶片裂纹对其共振影响较小;裂纹叶片的振动方向同其相邻叶片的振动方向相反。     

基于蚁群算法和模态局部化参数的失谐叶盘减振研究

针对航空发动机叶盘结构由于失谐而引发振动超标事后处理的实际困难,建立了典型叶盘结构集中参数模型,分析了失谐叶片排列顺序对模态局部化的影响,将具有良好优化性能的蚁群优化技术应用到叶片安装位置的优化设计中.仿真结果表明:对于一组既定的失谐叶片,不同的叶片安装顺序能极大影响叶盘系统的固有特性;同时也证明了蚁群算法能够快速、准确地得到使叶盘模态局部化明显改善的叶片排列顺序,为叶盘系统的排障提供了一种有效手段     

基于预应力模态综合法的失谐叶片减振优化

为了降低失谐导致的叶盘系统的振动局部化程度,以预应力模态综合法建立航空发动机压气机叶盘系统有限元缩减模型,计算了不同模态截断数下的固有频率,通过对比分析获得了在满足计算精度前提下的最小模态截断数,缩减了整体模型的自由度数.在该缩减模型的基础上提出一种叶片减振排布优化算法,该算法每次迭代计算时只生成叶片位置发生变化的子结构,而其他叶片的数据文件不动.结果表明,该优化算法兼顾了模型精度和计算速度,能大大降低叶片振动幅值,使叶盘系统振动局部化程度明显降低.     

直线型失谐周期结构中局部化现象的研究进程和现状

周期结构在工程中有很多应用实例.失谐可使周期结构的力学特性产生本质变化,产生振动局部化现象.局部化破坏了周期结构模态的规则性,在外激励下会使结构某些部位的响应幅值过大,产生能量积聚,甚至导致结构发生疲劳破坏,因此,分析失谐周期结构中振动和能量的传播方式与规律,具有重要的理论与实际意义.现主要针对失谐周期结构中的结构动力特性及直线型失谐周期结构的一些研究现状做一些概要的介绍.     

失谐整体叶盘的硬涂层减振研究

提出一种对叶片涂敷硬涂层的减振方法来提高失谐整体叶盘的可靠性,并以叶片双面涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为例进行振动研究.首先,为了在保证计算精度的前提下提高计算效率,利用固定界面动刚度模态综合法对涂层叶盘有限元模型进行了减缩处理;其次,基于该有限元减缩模型对涂层叶盘进行模态分析,并与全尺寸有限元模型做出了数据比较;最后探究了硬涂层对整体叶盘的影响.研究结果表明,NiCoCrAlY+YSZ硬涂层具有较强的阻尼效应,能够显著抑制整体叶盘的共振响应.     

基于减缩模型的硬涂层-失谐整体叶盘动力学分析

提出一种对叶片涂敷硬涂层的阻尼减振方法，并以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为实例进行有效性研究.首先，利用改进的固定界面子结构模态综合法对涂敷硬涂层的失谐整体叶盘的有限元模型进行减缩，并求解其振动特性.其次，研究了硬涂层对失谐整体叶盘振动特性的影响.最后，重点分析了硬涂层厚度对失谐整体叶盘阻尼性能的影响.结果表明，硬涂层对固有频率的影响微弱，但有较强的阻尼效应，能够显著抑制失谐整体叶盘的共振响应.     

基于振动传递函数的排气系统悬挂点位置优化

提出一种基于振动传递函数法的排气系统悬挂点位置优化方法.以某混合动力轿车悬挂点位置布置为例,通过有限元法建立从发动机激励到排气系统的振动传递函数数值模型,得到排气系统各点在振动频带内的总相对位移响应,由总相对位移响应最小确定悬挂点位置的优化方案.研究表明,此方法中发动机激励、动力总成与排气系统的模态参与因子和模态振型共同确定悬挂点位置.比较优化方案与初始方案的实车验证数据可得,优化方案中排气系统和座椅导轨的振动加速度降幅超过17%,证明基于振动传递函数的排气悬挂点位置布置方法能用于悬挂点位置设计中.     

基于试验模态的阻尼涂层整体叶盘振动局部化定量测量

用阻尼涂层对整体叶盘进行减振是一种全新的振动控制方法，为了有效实施这项技术需要对不同涂层方案下整体叶盘振动局部化程度进行有效的测量.提出一种基于试验模态数据来定量化测量整体叶盘振动局部化的方法.首先，提出振动局部化定量测量原理，并验证了其合理性;接着，提出了测量涂层整体叶盘振动局部化的流程;最后，对3种涂层方案下整体叶盘振动局部化程度进行了测量.结果表明，用本文研发的方法可以对各涂层方案对应的整体叶盘振动局部化进行有效测量，且随着涂层面积的增加，整体叶盘振动局部化程度变大且波动也较大.     

考虑机匣柔性的新型旋转叶片-机匣碰摩模型

针对旋转叶片与机匣的碰摩故障，以弹性叶片和柔性机匣作为研究对象，基于弹性协调相容条件推导新的旋转叶片与柔性机匣碰摩力模型.基于材料力学理论，考虑叶片旋转效应，如离心刚化和旋转软化，以及碰摩软化的影响，计算了叶片的准静态弯曲变形.采用带有弹簧支承的柔性环来模拟机匣，其位移由整体位移和局部柔性位移组成.根据能量守恒原理，建立柔性环的位移方程，并对其进行离散处理，得到机匣的结构刚度，进而求得机匣局部柔性位移.与文献和实验结果的对比验证了本文碰摩模型的准确性.     

机械制浆过程磨机负荷内模PI控制

针对双盘磨机在运行过程中具有大滞后、大惯性及非线性等特点,内模控制作为一种先进控制策略,鉴于其对过程模型精度要求不高等优点,提出了一种基于内模控制原理的PI控制方法,该方法设计的控制器仅有一个可调参数,且通过最大灵敏度指标实现其整定,有效避免了控制器整定的复杂性与随机性.仿真结果表明,与常规PID控制相比,所提方法可有效减小模型参数变化及各种干扰对系统性能的影响,满足机械制浆生产过程对控制器性能的要求,保证磨机安全稳定运行,实现了磨机负荷的稳定化控制,为机械制浆过程综合自动化系统的实施奠定基础.