基于磁流变阻尼器的双跨轴系PID振动控制研究

为了解决双轴串联的旋转机械在临界转速处产生共振问题,搭建了双跨转子实验台,在不改变原有支撑形式的条件下将磁流变阻尼器分别安装在串联的轴1、轴2上,并建立双跨轴系振动的半主动控制系统,采用比例-积分-微分（PID）控制方法,以振幅为反馈参数实时调节阻尼器电流,在线抑制双跨轴系的振动,并在此基础上通过整定PID控制的比例系数K研究其值对振动控制效果的影响。实验结果表明：基于磁流变阻尼器的PID控制系统可以有效控制两个串联轴在临界转速附近的振动;对临界振幅过大的转子宜采用较大K值,而对临界振幅较小的转子可适当减小K值。     

自适应动网格在流体-浮体耦合运动中的应用

为了解决流固耦合问题中物体大幅度运动带来的困难,更精确地计算波形变化和物体的受力,用任意拉格朗日-欧拉方法导出了带自由表面的流固耦合运动计算模型.在计算过程中用动网格方法跟踪浮体的运动,并用自适应网格在自由表面附近进行加密.计算了无粘流体、粘性流体中浮体的运动规律,并与理想弹簧-物体振动模型理论解进行了比较,同时计算了浮体在粘性流体中的侧倾振荡.结果表明,在无粘流体中浮体的垂直振荡与理论解符合得较好;在粘性流体中物体的运动为阻尼振动,与实际相符得较好.浮体在粘性流体中的侧倾振荡为阻尼运动,其侧倾角度随时间的增加而减小,在小角度时侧倾振荡与理论解接近.计算结果验证了计算程序的可靠性与精度,为ALE(arbitrary lagrangian eulerian)方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础.     

多级离心泵转子部件有限元分析

使用ANSYS软件对一台多级离心泵的转子部件进行有限元分析,建立了转子部件的实体模型和有限元模型,对转子部件进行静力及模态分析.用两种方法对模型进行网格划分,对比研究了转子部件的无阻尼自由振动的固有频率和振型.初步探讨了流固耦合作用力对振动频率的影响,为多级泵的结构设计及校核提供依据.     

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。     

非均匀来流条件下偏心涡轮转子的气流激振力和动力特性

转子的偏心与非均匀来流都会使得涡轮内的流动变得周向非均匀,从而产生气流激振力作用于转子。以轴流涡轮为研究对象,对双耦合激励盘模型的叶片尺度子模型进行了简化,利用简化模型分析了转子偏心和非均匀来流所产生的气流激振力。将偏心转子的分析结果与试验结果进行了比较,验证了简化模型的正确性。在此基础上就非均匀来流对偏心涡轮转子动力特性的影响进行了分析,讨论了受迫振动的位移响应和自激振动的稳定性条件。结果表明,在一定条件下,非均匀的来流也会对转子系统的运动稳定性造成影响。     

非光滑NES在转子-叶片系统振动抑制中的应用

用非光滑非线性能量阱(non-smooth nonlinear energy sink，NSNES)抑制转子-叶片系统的振动，NSNES结构采用分段线性刚度梁形式.首先介绍了NSNES的结构和工作原理，然后利用拉格朗日方程建立转子-叶片-NSNES系统的动力学模型，最后采用数值法分析了该耦合系统处于稳态共振时，NSNES对转子振动和叶片振动的抑制能力.在给定参数下，附加于叶片尖部的NSNES在抑制转子振动时，抑振率可达到68%；在抑制叶片振动时，抑振率可达到62%.文中还将该NSNES的抑振能力与具有相同质量线性动力吸振器(linear dynamic vibration absorber， LDVA)的抑振能力进行了对比.     

磁流变液阻尼器-柔性转子系统的力学模型(I):单盘悬臂转子

从Bingham模型出发，推导出用于转子振动控制的剪切式磁流变液阻尼器的阻尼力计算公式；利用Langrange方程建立了磁流变液阻尼器－单盘悬臂柔性转子系统的运动微分方程，为转子系统动力持性的理论分析奠定基础。     

基于松耦合法的求解气动弹性问题的数值模拟方法

通过修改流体-结构界面处流体域的边界条件并引入松耦合方法，改进了一种求解气动弹性问题的数值计算方法．该数值计算方法的网格生成、流场求解、结构求解和数据交换四个过程相互独立，因而有可能利用现有的发展比较成熟的商用网格生成器、CFD（computational fluid dyllamics）求解器和CSD（computational structural dymrmcs）求解器分别完成这些功能．通过对折减阻尼比为0．0208的圆柱涡激振动问题在雷诺数为100条件下的计算结果进行分析，表明该方法是可行的．     

裂纹转子弯扭耦合振动的理论研究

以水平放置Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了该转子系统的动力响应。结果表明，弯扭耦合振动是通过不平衡量来实现的，不平衡偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且随裂纹深度的增加，受影响的转速下限降低，当裂纹较深，转速较高时，扭转对弯曲振动有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感，因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

船舶垂荡运动下转子-隔振系统的非线性动力学分析

为了分析船舶垂荡运动下,气囊-浮筏隔振装置耦合转子系统的运动规律,建立了船体垂荡作用下具有气囊-浮筏隔振装置的转子-轴承系统动力学模型。采用数值方法对系统的稳态响应进行仿真计算,讨论了转子系统随转速变化的非线性动力学特性,以及气囊-浮筏隔振装置对转子系统振动的抑制效果。结果表明：随着转子转速的增加,转子系统的动力学响应出现拟周期、多分支拟周期以及混沌等复杂的非线性动力学现象。在较宽的转速范围内,气囊-浮筏隔振装置能够有效抑制转子系统的振动,并能滞后和限制转子进入混沌状态。     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响

针对气体钻井技术在低压油气田开发中出现气体钻井的钻柱振动和钻具破坏的问题,概述了气体钻井面临的钻柱振动问题、钻具破坏问题和解决问题的途径。介绍了位移激励法的钻柱纵向振动分析的数学模型和力学分析软件。对钻井流体粘度对钻柱纵向振动的影响规律进行了研究。数据表明,钻井流体的粘度对钻柱的纵向振动影响较大。在一般情况下, 钻井流体的粘度越小, 钻柱的振动幅度越大。钻井流体的粘度对钻柱振动的共振频率影响不大。气体钻井虽然提高了钻进速度,但同时也对钻具防破坏技术提出了更高的要求。     

多跨故障转子系统动态特性有限元仿真研究

对膜片联接的齿轮传动多跨转子系统进行了故障动态特性仿真研究.利用ANSYS有限元分析软件进行建模、仿真,根据在裂纹和碰摩故障工况下单跨转子与整个转子系统的固有频率在弯扭耦合振动下的变化情况,研究了系统的非线性动态特性和响应,以及膜片联轴器与齿轮对转子系统的影响.研究结果表明,此种情况下发生的故障对故障跨的影响比其余跨大;膜片联轴器和齿轮能够削弱或阻隔弯曲振动及裂纹故障对系统的不利影响,有助于故障诊断的定位与维修,也为产品设计提供参考.     

Study on the application of active balancing device to solve the vibration problem for the rotor with bending fault

The rotor with bending faults that occurrs on the rotating machinery usually vibrates seriously. This paper investigates to apply the active balancing device on a flexible rotor with bending faults to solve the vibration problem. Two problems are studied by finite element method firstly： Where the balance actuator is fixed on the shaft and how much the balancing capacity of the active balancing device is needed. The experiment is then carried out on the test rig, which consists of a flexible rotor with bending faults. The test results indicate that the bending rotor peak vibration response can be decreased from 550~m to 40~tm below by using the active balancing device. The peak vibration response decreases approximately by 93 %. The synchronous vibration due to the rotor bending faults can be controlled effectively by using ac- tive balancing device. The active balancing device is especially adapted to solve the problem caused by thermal distortion with time-variation and randomness, which is varied with working conditions, thus it has good practical value in practice.     

轴对称充水壳体流固耦合振动非对称方程的对称化

本文将轴对称壳体位移及壳内流体动水压力表示成半解析形式,由拉格朗日方程及加权余量法,得到壳体及内流体动力相互作用的流固耦合对称运动方程.最后给出了将非对称流固耦合运动方程化为对称形式的方法.     

离心机转子的稳定性试验研究

本文对部分充有无粘不可压缩液体的离心机转子系统稳定性问题作了试验研究.首先给出了转子动力学和旋转流体动力学相互耦合的系统振动方程,然后用试验方法验证了理论分析所得到的失稳边界.由穿越失稳区的三维转速谱阵图可以清楚地看到转子失稳振动的变化过程和失稳涡动频率等特征,从而为理论分析提供了良好的试验佐证.     

水轮发电机轴承横向振动响应的时间有限元法

研究水轮发电机轴系的横向振动力响应仿真计算方法,考虑了轴系的陀螺效应和轴承参数的非线性,采用基于Galerkin格式的不连续时间有限元法,给出了水轮发电机机组轴系统动力响应的时间有限元计算方法,据此开发了计算仿真程序,进行了实例计算和分析,并分析了各种因素对系统动力响应的影响,该方法可用具有非线性问题的转子系统的力响应仿真计算。     

带有分支输流管道控制方程的参数变换、

输流管道的非线性振动问题研究为当前学术界的热点课题。本文在研究带有分支管路输流管道并推导出其控制微分方程的基础上,进一步分析了与控制微分方程相关的各项参数之间的关系,为了更加方便地采用数学方法进行研究．对该方程应用无量纲化的方法进行了参数变换,从而将该物理方程的研究转换为计算数学问题,为后续Galerkin离散化及数值计算的进行提供了可能。     

燃气轮机涡轮叶片气场耦合仿真研究

采用有限差分方法开发了气冷涡轮气弹耦合求解器。该求解器分别在流动区域求解时间平均N-S方程,在固体区域求解振动方程,在流固边界则施加了气弹耦合边界条件。在流动问题求解中,采用了B-L代数湍流模型封闭时均N-S方程,采用三阶AUSMPW 差分格式离散对流项,并采用隐式LU-SGS格式求解离散后的代数方程;振动问题则采用显式格式求解;采用代数网格法进行固体区域动态网格生成。采用该耦合求解器对某涡轮级动叶的振动响应问题进行了数值仿真,研究表明：所开发的耦合求解器能够用于振动响应问题的分析,同时本算例中涡轮动叶的振动不存在发散现象,并且叶片振动对流动的影响很小