消防炮自适应炮头射流系统自由振动分析

消防炮自适应炮头可根据流体压力和流量变化自动调整炮口开度，从而提高消防炮的射流性能，快速高效地扑灭大型火灾。但炮头末端的自适应机构使射流系统具有流固耦合特性，在高速高压作用下，射流系统可能会发生振动乃至共振，进而影响灭火效率。考虑射流系统中流体域和固体域间的流固耦合效应以及炮头内连续体芯杆和端盖与其他离散结构间的连续离散耦合效应，通过集中质量法确定了芯杆和端盖结构的刚度矩阵，采用集中参数法建立了消防炮自适应炮头射流系统的动力学模型及方程。对射流系统进行了自由振动分析，确定了系统各阶固有频率及模态振型，分析了流体初始体积含气量和流体压力对系统固有频率的影响规律。由样机模态试验可知，理论与试验确定的一阶固有频率偏差仅为0.51%，验证了消防炮自适应炮头射流系统动力学模型的准确性。本项研究可为消防炮自适应炮头射流系统的动力学优化提供理论依据。     

考虑构件偏心时磁场调制型磁齿轮传动系统的主共振

考虑磁场调制型磁齿轮传动系统中内转子偏心,建立了基于时变磁耦合刚度的参数振动动力学模型,采用多尺度法推导了内转子上转矩激励频率接近系统固有频率时的共振响应计算公式,分析了算例系统的主共振响应。结果表明:当转矩波动频率接近系统不同阶固有频率时,产生的共振振幅相差较大,且共振响应中只有一个自由度的振幅很大,而其他自由度振幅很小;系统响应中激励频率占主导成分,而激励频率与磁耦合刚度波动频率的组合频率对系统响应影响很小。较大的主共振会严重恶化系统动力学行为,对其进行研究可以为深入探索该系统的动力学特性、优化不同工况环境下的设计参数提供理论依据。     

泵源与机体共同激励下液压管路振动特性

车辆液压系统在工作过程中会受到车体振动与泵源液压脉动双重激励的影响,对压力波的传递及管网的振动产生重要影响。针对车辆液压系统泵源激励和车辆机体激励产生的振动进行分析,研究多源激励下管路的振动规律及压力波的传递规律。首先对泵源与机体共同激励下管路振动的计算方法进行了分析,将流体域动力学方程与固体域动力学方程进行组合,建立了流固耦合的总体动力学方程,然后对方程进行离散求解。基于理论推导,采用数值模拟的方法对液压管路的振动进行了分析,研究发现,液压系统在泵源谐波激励下的振动响应表现为宽频域的强迫振动,其谐波频率与泵源流体压力脉动频率保持一致,当泵源产生的压力脉动频率与液压管路的固有频率接近时,会激起管路结构大幅度共振响应。     

齿轮时变系统的强迫振动

建立了考虑齿轮时变啮合刚度时的二级齿轮系统的动力学模型，用A算符方法推导出了系统的近似解析解，研究了系统对时变啮合刚度、扭矩波动及齿轮误差激励的响应。计算结果表明，A算符方法克服了谐波平衡法的缺陷，可靠性更高；系统响应的频率成分不仅与啮合频率和激励频率有关，还与其组合形式有关；即使激励频率远大于派生系统的固有频率，在实际的物理系统中，由于时变啮合刚度的影响，也可能出现主共振、谐共振和组合共振。     

机电集成电磁蜗杆传动系统参数振动响应

针对机电集成电磁蜗杆传动系统中啮合磁极数的周期性变化规律,推导了电磁啮合刚度傅里叶级数形式的表达式,建立了该机电耦合系统参数振动模型及其相应的线性时变微分方程。采用多尺度法推导了该系统自由振动近似解析解,给出了系统包含固有频率及固有频率与啮合频率的组合频率成分的自由振动、主共振、组合共振时域及频域响应曲线。结果表明：系统发生组合共振时的主导频率为系统的固有频率,系统的组合共振振幅随谐波次数增大而递减。     

双级时变圆柱齿轮系统的扭转振动特性研究

在考虑二级齿轮传动系统时变啮合刚度的情况下,建立了其动力学方程,它是一个具有周期性时变系数的线性动力学系统。将时变啮合刚度用Fourier级数展开后,用AOM推导出了系统的近似解析解。在系统的响应中,含有基频、倍频和组合频率成分,因此,AOM比谐波平衡法具有更高的精度;与其他数值方法相比,具有更快的计算速度;当响应频率等于派生系统的固有频率时,将会出现主共振、超谐共振和组合共振现象;时变啮合刚度还导致了较大的动载荷;如果忽略时变啮合刚度三次以上谐波分量,在特定的系统参数下,系统的响应无明显变化。     

自振射流装置结构及频率特性

自振射流频率特性包括低频脉动与高频振荡,其发生机理与应用条件均存在较大差异,而现有研究较少。基于流体网络理论建立数学模型,分别计算流体管网与喷嘴的声谐固有频率;基于信号分析方法,获取自振射流的全频谱结构,进而探讨射流装置结构与射流频率特性的关系。试验结果表明,一个完整的自振射流频谱由低频脉动和高频振荡两部分组成,但两者相差近两个数量级;自振射流的低频脉动通常由管网内流体扰动引发,当扰动频率与管网固有频率相接近时,低频振荡增强;其高频振荡由喷嘴出口处流体涡激振动引发,当涡振频率与喷嘴声谐固有频率相接近时,射流产生强烈的高频振荡;低频脉动射流不受喷嘴出口形状和外部环境参数影响,可应用于非淹没或低围压环境下,而高频振荡射流受喷嘴出口形状和外部环境参数影响大,可应用于围压条件下。研究成果揭示了射流装置结构与射流频率特性的关系,为自振射流装置结构设计及深海资源开采提供了技术支撑。     

乙烯增压机管路振动分析及控制

针对某石油化工公司化工厂乙烯输送增压机管道系统存在的局部剧烈振动问题,应用CAESARII管道应力分析软件对其管道系统的固有频率及振型进行了详细的分析。采用Fluent流体分析软件对包括缓冲罐在内的增压机入口吸气管段内部乙烯气流的流动情况进行了非稳态分析计算,得到了吸气管路压力脉动响应频率。分析结果表明,管线中乙烯气体压力脉动响应频率与增压机气阀吸、排气频率同步;管道系统的振动是由于管内乙烯气体压力脉动频率接近局部管路的固有频率而引起的局部共振。通过改变振动管系的支架形式使其结构的固有频率发生变化,有效地控制了管系的振动。     

自激振荡脉冲射流频率特性实验研究

为了研究射流峰值压力频率和脉冲射流峰值压力以及自激振荡装置结构参数间的相互关系,运用流体网络理论建立了自激振荡装置相似网络模型,并完成了单腔室自激振荡脉冲实验。相似网络模型和实验结果表明:脉冲压力峰值频率不仅取决于系统的固有频率,还决定于系统的阻尼比;射流压力峰值频率随腔长的增大而减小,随泵压的升高而增大,存在一个最佳腔长使射流峰值压力最大;自激振荡装置具有低波滤通性,当来流脉动主频与自激振荡装置固有频率相近时,脉冲射流压力峰值最大。     

飞机发动机驱动泵出口管路振动分析与优化

为了研究飞机发动机驱动泵出口流体压力脉动对管路结构振动的影响,基于某型飞机发动机驱动泵真实结构参数,建立了AMESim柱塞泵模型,模拟了柱塞泵额定工作状态下液压油出口流动特性,得到流体压力脉动函数表达式。选取液压泵出口段管路结构进行建模分析,将流体脉动函数表达式作为管路入口流体边界条件输入,对管路进行流固耦合振动特性分析。结果表明:管路的过渡段在流体冲击下产生的变形最大,变形量为1.1774 mm;当流体激励频率接近管路一阶固有频率时,管路发生共振的振幅最大,其中最大振幅为31.227 mm。最后,通过加设弹性卡箍的方法对管路进行优化,优化方法有效降低了流体激励对管路振动的影响。     

自振射流频率特性的试验研究

淹没条件下自振射流的频率特性决定着射流的打击效果,而获取射流的压力脉动信号对研究自振射流频率特性至关重要。射流的压力信号通常借助于冲蚀试验和标靶打击试验来间接获得,这里采用喷嘴腔内压力信号提取方法对自振射流频率特性进行试验研究。通过比对分析证明,直接采集腔内压力信号可以有效获取自振射流的频谱特征。与标靶打击试验相比,该方法受随机扰动少,频谱清晰,更有利于自振射流特征频率的提取。在此基础上,通过频谱分析得到自振射流的共振频率,并研究来流参数对自振射流频率特性的影响。试验结果显示,自振射流的共振频率并非是对来流扰动频率的直接放大,且受来流扰动的影响很小。来流速度对自振射流共振频率的影响较大,随着来流速度的增加,自振射流的共振频率及其对应的幅值均显著增加。这表明适当加大来流速度可以有效地改善自振射流的振荡特性。     

Damage prevention design of the branch pipe under pressure pulsation transmitted from main steam header

Vibration has severely increased at the branch pipe of the main steam header since the beginning of commercial operation of nuclear power plants. Intense broadband disturbance flow at a discontinuous region such as elbows, valves or headers generates an acoustical pulsation which is propagated through the piping system. The pulsation becomes the source of low frequency vibration at the piping system. If it coincides with the natural frequency of the pipe system, excessive vibration results. High-level vibration due to the pressure pulsation related to high dynamic stress, and ultimately, to failure probability fatally affects the reliability and confidence of the plant piping system. This paper discusses steady-state high vibrations appearing in the branch piping system due to the effect of acoustical pulsations transmitted from the large main steam header by broadband turbulence in a 700 MW power plant. The excitation sources and response of the piping system are investigated by using on-site measurements and analytical approaches. Energy absorbing restraints with additional stiffness and damping factor were designed and installed to reduce vibration damage.     

微磨料水射流机床悬臂梁的有限元分析

微磨料水射流切割机床的切割精度与机床数控平台、数控系统精度以及水射流工艺参数直接有关,同时还与安装水射流切割头及其附件的悬臂梁刚度和绕曲变形有关.针对微磨料水射流机床的重要部件悬臂梁进行了Solidworks三维建模,基于ComsWorks进行了静态和模态分析.分析表明,微磨料水射流切割机床悬臂梁固有一阶、二阶、三阶和四阶频率分别为20Hz、31Hz、91Hz和104Hz.为了避免引起共振,负载频率应以一定幅度错开其固有频率.现有悬臂梁结构具有足够的刚度.     

多级降压调节阀流激振动特性分析

分析某管路系统多级降压调节阀的流激振动问题,仿真得到调节阀小开度、中等开度、全开3种工况下压力、速度、漩涡速度云图、压力脉动时域与频域特性曲线及流激振动频率范围.利用热流固耦合模态分析得到调节阀固有频率.将流激振动主频与固有频率相对比,验证调节阀工作可靠性.分析得出:随着开度增大,各级降压效果明显,大涡逐渐形成小涡,且...     

螺栓连接悬臂梁超谐响应特性试验研究

针对光电设备中广泛采用的螺栓连接形式,采用单螺栓连接悬臂梁模型,对螺栓连接引起的结构振动特性的改变进行实验。利用激振器和振动信号采集设备,结合快速傅立叶分析方法指出螺栓连接模型在一定条件下有超谐共振响应现象。模型的谐振频率随着扭矩的增大呈先增大后减小的现象。结构在相同扭矩下,第一阶谐振频率随着激励幅值的增大而减小,结构呈渐软非线性。给定1/2和1/3倍谐振频率下的正弦激励,系统能量随着激励幅值的增大而趋向于固有频率处。结构在低预紧扭矩下,非线性项中二次项对结构响应起主要作用;在较高预紧下,非线性项中三次非线性项对结构响应起主要作用。该实验结果对开展后续连接结构的非线性振动特性的研究有一定的理论和指导意义。     

迟滞非线性振荡压实系统动态响应分析

分析了振荡压实中材料发生弹塑性变形而表现出的迟滞非线性,建立了一种新的振荡压实非线性动力学模型。在一次近似的前提下,利用等效线性化方法,将迟滞恢复力转化为等效刚度和等效阻尼表示,根据谐波平衡原则求出了单自由度振荡压实系统的频响方程。数值求解表明,随着激励幅度的增大系统出现软化趋势,共振点随激励变化而漂移。将等效线性化的结果推广到二自由度振荡压实系统,得到了频响方程组。     

Design of a nonlinear vibration absorber using three-to-one internal resonances

A weakly nonlinear vibration absorber is designed to attenuate the primary resonance vibrations of a single-degree-of-freedom weakly nonlinear oscillator having cubic nonlinearity. The linearised natural frequency of the nonlinear absorber is tuned to be approximately one-third the linearised natural frequency of the primary nonlinear oscillator. The low frequency mode for the absorber is favourably considered based on the fact that the nonlinear absorber can be easily realised in practice by using a light-weight mass attachment with small values of linear and nonlinear stiffness of coupling. For a given primary nonlinear oscillator and absorber mass, implementation of three-to-one internal resonances requires the smallest value of the absorber linear stiffness among three options for utilising internal resonances to design nonlinear absorber. The method of multiple scales is used to obtain the averaged equations that determine the amplitudes and phases of the first-order approximate solutions to the vibrations of the primary nonlinear oscillator and nonlinear absorber. It is found that the absorber response may admit either forced vibration having the forcing frequency or a combination of forced vibration and free-oscillation term having one third the forcing frequency. The nonlinear absorber can effectively suppress the amplitude of primary resonance response and eliminate saddle-node bifurcations occurring in the frequency-response curves of the primary nonlinear oscillator. Numerical results are given to show the effectiveness of the nonlinear absorber for suppressing nonlinear vibrations of the primary nonlinear oscillator under primary resonance conditions.     

考虑稳定性的非线性刚度转子系统振幅突变分叉集分析

利用平均法导出非线性刚度转子系统的主共振频率响应方程,借助突变理论求出利用频率协调因子和激振力幅值表示的分叉集及其尖点表达式。根据奇点稳定性理论导出了转子系统稳定性条件,并得到利用频率协调因子和振幅构建的临界不稳定区域及其分叉点表达式。利用数值算例讨论了非线性刚度系数对分叉集突变区域、临界不稳定区域以及振幅特性曲线的影响。研究表明：减小转子系统的非线性刚度系数是控制转子系统振幅突变最为理想的方法。