汽轮机叶片动应力计算方法的研究

研究了汽轮机叶片的动应力特性及频率、激振力、阻尼等因素对动应力特性的影响,建立叶片有限元模型、激振力模型和阻尼特性处理方法的基础上,建立了采用模态迭加法求地片强迫振动的方程,建立了定量计算叶片振动响应和动应力的模型和计算方法,对真空叶片动应力场进行计算,所得结果与实际吻合,表明该模型和方法具有理论和工程应用价值。     

气轮机叶片振动响应的数值分析

求解叶片强迫振动方程的难点在于定量确定叶片的激振力和选用合适的计算模型·针对这一问题,应用薄壳理论,建立了气轮机叶片的应变 位移非线性关系,给出了激振力的形式;应用虚功原理得到了带有较大弯曲和扭转变形的叶片受迫振动方程,再应用振型迭加法求出叶片的振动响应方程,得到了叶片的共振响应条件·结合具体算例,分析了叶片的振动响应及共振响应,结果表明,气轮机叶片振动响应主要取决于叶片固有频率、振动模态、激振频率、激振力(谐波分量)等因素,叶片的非共振响应曲线为拍,当固有频率ω、激振力频率ωe和激振力沿叶片周向移动的角速度ωN间的关系为ω=ωe=nωN(n=1,2,…,∞)时,叶片发生共振·     

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.     

冷轧平整机振纹实测研究

针对某1700冷轧平整机支持辊表面振纹问题进行了连续跟踪测试. 在对平整机固有特性研究的基础上,通过对支持辊各个使用时期内振动信号的分析与比较,得到了平整机的振动特征以及振动与振纹之间的相互影响关系:在支持辊使用初期,平整机系统的振动以自激振动为主,振动频率为150 Hz,在稳定轧制阶段工作辊对支持辊的相对运动形成支持辊表面振纹;在支持辊使用中后期,由振纹引起的强迫振动进一步加速了振纹的形成,系统的振动为强迫振动和自激振动共存. 在对振纹形成过程认识的基础上提出了振纹抑制措施,即在轧件入口侧增加抑振辊或改变轧制速度.     

汽轮机带冠叶片阻尼振动特性的有限元分析

根据汽轮机叶片外形特点,在3D建模软件Solidworks中建立Z型叶冠单叶、成组叶片及整圈叶片的实体模型,通过ALGOR软件的机械运动仿真(MES)功能,计算带冠叶片组在不同冠间间隙、不同激励频率和幅值下的碰摩减振规律特性,并对所得结果进行分析。结果表明:通过冠间相互碰摩可有效减小叶片振动,当冠间间隙介于0.2 mm到0.5 mm之间时,碰摩减振效果最好;外部激振力对旋转产生的动应力影响较小,在特定的间隙值下,随激振力的变化叶片应力峰值变化较小。这些结论对汽轮机末级叶片的设计有重要的指导意义。     

尾流激振情况下叶片振动应力预估方法

针对叶片强迫响应问题,提出采用谐响应分析方法,将计算得到的叶片S1流面压力场引入动力学分析中.由进口导叶尾迹速度亏损计算出激振因子,把S1流面压力场转化为谐响应分析中的载荷压力场,初步建立S1流面压力场与叶片动应力的数值关系,以及在进口导叶尾流激振情况下叶片振动应力的预估方法.利用模态叠加法,研究进口导流叶片尾流亏损产生的不均匀来流对第一级转子叶片振动的影响.     

摩擦阻尼器-拉索系统振动特性试验研究

为研究拉索摩擦阻尼器的减振效果,开展了附加摩擦阻尼器拉索的自由振动和强 迫振动特性试验. 首先进行铜-钢金属摩擦阻尼器模型的力学性能试验,得到螺栓扭矩与摩擦 力之间的关系. 然后进行摩擦阻尼器-拉索系统模型自由振动特性试验研究,由试验测得的自 由振动位移衰减曲线得到对数衰减率,分析得到对数衰减率随振幅的变化规律,并与现有理 论进行对比. 通过快速傅里叶变换和小波变换对自由振动加速度时程进行频谱分析和时频分 析得到模态频率变化情况 . 最后进行拉索-摩擦阻尼器系统的不同激振力-控制强迫振动试 验,通过扫频方式得到拉索振幅与激振频率的关系,研究摩擦阻尼器对拉索共振幅值的影响. 试验结果表明摩擦阻尼器可以有效地减小小幅与大幅激振力时强迫振动的共振幅值;两者相 比,摩擦阻尼器在大幅激振力作用下减振效果更显著.     

2750 TEU集装箱船体结构振动分析

减振降噪在船体设计中越发显得重要.以2 750 TEU集装箱船为例,分别阐述了总振动、自由振动、强迫振动以及局部振动的分析过程,计算了整船的固有频率与激振频率.本文计算方法为同类船的设计与振动分析提供了依据.     

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.     

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。     

基于电反馈自激振动的圆柱壳固有频率测量方法

振动按激励类型分为自由振动、强迫振动、自激振动和参数振动。目前固有频率测量的两种方法:敲击法和扫频法分别基于自由振动和强迫振动的原理。提出基于自激振动的原理测量圆柱壳的固有频率与模态的方法。此处的自激振动是基于电信号反馈激励,从而导致圆柱壳的自激振动;而非普遍被研究的摩擦导致的自激振动或线的风激振。将其命名为电反馈自激振动法,通过该方法对一个圆柱不锈钢钢管的模态与响应幅度-激励频率曲线的测量。与敲击法、扫频法和ANSYS仿真分析的结果进行对比,证明了该方法测量固有频率及模态的可行性;并得到自激振动时的振型分布及稳定激振的频率与传感器的位置有关的结论。该方法相比敲击法和扫频法具有测量设备简单、测量快速的优点。     

振动沉桩过程“跳机”现象动力学特性

为了找出振动桩锤在沉桩作业过程中产生“跳机”现象的根本原因,从而采取有效措施解决“跳机”这一工程实际问题,从非线性振动力学的角度出发,建立二自由度分段非线性振动桩-土动力学模型,基于数值积分方法,采用四阶龙格-库塔法运算程序进行数值仿真,研究激振频率、地基土的刚度、激振器上下层偏心块的相位差对振动沉桩动力学特性的影响.结果表明:引起桩端与土有脱离的因素主要是激振力和地基土的刚度,激振力和地基土的刚度越大,则桩端与土脱离的程度越严重;当桩端与土没有脱离时,桩和机架的振动频率与激振频率相等,而在桩端与土有脱离时,机架的振动频率将小于激振频率,桩的振动频率也略有降低,当机架频率降低至一定范围时就会出现“跳机”现象.消除“跳机”现象的措施主要是减小激振力,可以通过适当降低激振频率、减小偏心力矩、增大激振器上下层偏心块相位差的方法实现.     

汽轮机间隙气流激振力分析及计算程序设计

本文给出了基于流体动力学的计算汽轮机均匀气流场和非均匀气流场直叶片、短扭叶片、长扭叶片以及汽轮机调节级间隙气流激振力的计算公式 ,介绍了基于以上公式的汽轮机间隙气流激振力计算程序 ,并讨论了程序设计中有关积分的处理方法。     

反共振现象及其应用

对于两个自由度的强迫振动,当激振力的频率为某一值时,会出现一个振动静止的反共振现象,这种反共振现象可以避免机器及结构物共振动的发生。     

简支梁的组合谐波共振

研究了简支梁在两个激振力作用下的组合谐波响应.建立了梁振动的Duffing方程,采用经典的L-P法对其进行求解,分析了强迫振动的组合谐波共振的成因、类型和特点.由得到的频率-振幅响应曲线,研究了激励强度、频率和阻尼对响应振幅的影响.     

悬臂杆受简谐激励的主共振响应

基于Hamilton原理,得到了杆受横向简谐激振力作用的非线性强迫振动控制方程组.运用Kantorovich平均法将非线性偏微分方程转化成一组常微分方程,考虑一端固定、另一端自由的悬臂杆模型,采用打靶法得到了主共振的数值结果.详细考察了激振力频率及其力幅对主共振响应的影响,发现了悬臂杆的软弹簧特性.     

科里奥利质量流量计激振电路的研制

激振电路是科里奥利质量流量计的重要组成部分.作者研制了激振电路,分析了它的特性和原理,并进行了EDA仿真和实验.结果表明,该激振电路能够驱动测量管振动,并保持其振幅稳定,实现了振动频率随管子的固有振动频率而变化的目的,从而达到了设计要求.     

调制式振动对大斜度井减摩阻影响规律

基于钻柱振动与井壁摩阻间的耦合作用研究,依据弹性杆理论,建立大斜度井激发钻柱产生轴向振动减小摩阻的数学模型,分析激振力强度、激振频率、摩阻系数和钻井液黏滞系数对钻柱振动减阻效果的影响。采用正交数值试验对各因素的影响程度进行分析。结果表明:提高激振力强度、频率或降低摩阻系数和钻井液黏滞系数均可提高振动减阻效果,其中激振频率存在最优值;各因素对钻柱振动减阻效果的影响由大到小依次为激振器强度、摩阻系数、激振器频率和钻井液黏滞系数。     

冷轧平整机带钢表面振纹研究

针对单辊驱动四辊冷轧平整机出现的带钢表面振纹问题,通过现场实测辊系的振动信号,并对平整机振动系统固有特性进行仿真分析,发现带钢表面振纹是平整机支撑辊使用中后期辊系系统自激振动和强迫振动共同作用的结果。此外,结合振纹影响因素的分析结果,建立带钢表面振纹振动频率的数学模型,定量分析轧制工艺参数对振纹振动频率的影响规律,在此基础上提出了抑制系统产生共振的措施,不仅有效减轻了带钢表面振纹缺陷,还延长了平整机支撑辊的使用寿命。     

基于气动激振理论风力机叶片非定常流效应分析

改进了激振理论,应用数值分析对风力机叶片进行计算,分析自激振动对风力机叶片运行振动的影响。通过改进激振理论分析方法,综合分析风力机叶片振动机理,得到风力机叶片振动的根本原因,并提出叶片稳定性判据。通过与实际风力机运行情况对比分析,本方法具有良好的可靠性和实用性。