不同系泊条件下浮力筒涡激运动模型试验

为了研究不同系泊条件下小质量比结构的涡激振动响应规律,本文对质量比为0.422、长细比为7的浮力筒开展了不同系缆绳长度和顶端距水面距离工况下的模型试验,并对其运动轨迹、幅值、频率等参数进行了对比和研究,发现:小质量比与细长比浮力筒的振动频率随约化速度的增大而几乎线性增大,仅在很小的范围"锁定"于固有频率,且横向振幅始终较大,未出现下端分支。实验过程中观察到了明显的艏摇现象,通过对浮力筒艏摇运动特性的研究,发现当约化速度较小时,艏摇运动比较杂乱,其中有一个较大的频率分量与横向振动主频率相等。同时,横向振动也有一个较为明显的频率分量与艏摇运动的主频率相等。当约化速度大于6.5以后,艏摇运动与横向振动都趋于稳定,仅有一个主要频率,且两者频率相等,证实了艏摇运动是由浮力筒两侧漩涡交替脱落形成的压力差引起的。     

汽轮机末级叶片动力特性的有限元计算

以国产600MW汽轮机末级1029mm叶片为研究对象,分析汽轮机叶片的动力特性。首先,建立汽轮机叶片的实体模型和有限元模型。以结构动力学和刚体动力学基本方程为理论基础,将叶片简化根部完全固定的悬臂梁结构。通过大型有限元软件ANSYS Workbench计算出末级叶片在静止状态和不同转速下的前6阶模态频率和振型,得出模态频率随转速的变化曲线。同时,对叶片进行频率响应分析,得到了激振力作用下叶片的振动位移和应力分布。     

中承式钢筋混凝土拱桥结构动力特性研究

利用有限元通用软件ANSYS,对一座中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构动力特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构动力特性的影响.计算结果表明,自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.这些研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

温度场对发动机静子系统振动特性影响

建立了某型航空发动机静子系统的模型,通过对其进行热分析获得了结构的稳态温度场,分别计算了常温下和温度场作用下静子系统的振动特性并进行对比分析。结果表明,考虑温度影响时,由于材料弹性模量随温度升高而降低,结构的固有频率减小而模态振型基本不变;结构响应的变化与激励频率有关,在某些频率下响应增加,在其它频率下响应减小。这种响应的变化在共振频率附近非常明显,因此分析静子系统的振动特性时不能忽略温度的影响。     

基于Galerkin法的新型波形钢腹板箱梁桥动力特性研究

为科学合理地分析波形腹板钢箱-混凝土组合梁的自振特性,综合考虑剪切效应和剪力滞效应,运用Galerkin法和Hamilton原理推导了该桥型的自由振动控制微分方程和自然边界条件。根据自然边界条件,求解出剪切变形效应和剪力滞效应影响下波形腹板钢箱-混凝土组合梁竖向弯曲振动频率的计算公式,将其计算结果与实桥的实测结果、模型试验结果及ANSYS三维有限元结果进行了对比,并对竖向弯曲振动频率的影响因素和基频进行了分析。结果表明：竖向弯曲振动频率计算公式的结果与实桥的实测结果、模型试验的实测结果、ANSYS有限元结果吻合良好,验证了所推导的频率计算公式的正确性;竖向弯曲振动频率随高跨比的增大而增大,当高跨比小于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为平缓,当高跨比大于0.05时,竖向弯曲振动频率的增幅较为显著;竖向弯曲振动频率随宽跨比的增大而增大,但整体增幅不明显;竖向弯曲振动频率随波形钢腹板厚度的增加而不断增大,阶数越高,增幅越显著;箱梁剪力滞对竖向弯曲振动频率影响很小,前5阶最大误差仅为6.73%,波形钢腹板剪切变形对竖向弯曲振动频率影响较大,前5阶最大误差已高达51.18%。     

转矩波动下电动轮系统机电耦合振动特性

针对转矩波动下电动轮系统机电耦合振动问题,推导了d/q轴坐标系下考虑永磁体磁场谐波的永磁同步电机电磁转矩数学模型以反映轮毂电机转矩波动特征。基于电动轮扭转和纵向耦合振动方程分析了电动轮系统固有特性,考虑电流闭环的影响,并集成转矩模型和振动方程建立了电动轮系统机电耦合模型。基于机电耦合模型分析了耦合对转矩波动和系统振动特性的影响规律,结果表明:电机转子的转速波动在电动轮旋转模态频率处会对电机转矩波动产生负反馈削弱效果;机电耦合主要会改变电动轮耦合系统第三阶模态阻尼比进而影响振动特性,而且阻尼比随磁链的增加而线性增加,随电感的增加而下降直至趋于稳定。因此,合理选取轮毂电机电磁参数对抑制电动轮系统振动有一定的意义。     

8 MW风机塔筒振动响应分析

为获取8 MW风机塔筒的振动响应特性,建立了塔筒的有限元分析模型,对塔筒开展了模态分析、谐响应分析和瞬态响应分析。模态分析结果表明,塔筒的前四阶模态振型均为弯曲振动,风机工作在额定转速时,塔筒不会发生共振。谐响应分析结果表明,当载荷频率为0～2 Hz时,塔筒频域响应曲线存在2个共振频率,分别对应塔筒的第一阶模态频率、第三阶模态频率;塔筒发生三阶共振时,塔筒顶部Z向的位移超过4.5 m,已处于非安全工作状态,在工作中要避免出现。瞬态响应分析结果表明,在允许的工作风速范围内,塔筒的最大位移和最大应力变化不明显;在极限载荷工况下,塔筒的最大位移和最大应力显著增加,塔筒不会发生强度失效。     

风激拉索的张弛振荡分析

为了研究斜拉索在横向风激励下的多模态张弛振荡特性,获得临界风速表达式,建立拉索受风力作用的非线性运动微分方程,基于索纵向运动相对较小而导出关于索横向运动的偏微分振动方程,运用Galerkin法将该方程转化为常微分方程组,用以描述索的多模态自激振动;应用非线性振动的平均法,求解得到该系统的自激振动分析解,确定索张弛振荡及存在性条件,分析计算索前二阶模态张弛振荡的临界风速,并通过数值模拟验证.提出风激拉索多模态张弛振荡及临界风速的分析方法,研究结果表明,拉索张弛振荡的临界风速随结构模态阻尼而提高,并受振动模态、风速变化和风力系数等影响.     

导弹模拟件水下动态特性试验研究

导弹水下发射时，附连水质量对结构系统的动态特性具有不同程度的影响，基于流固耦合以及模态理论，分析了流体介质环境对结构系统动态特性的影响表现为结构系统模态质量的变化，在此基础上利用实际导弹缩比模型，分别在空气和水两种介质环境中进行了振动模态试验，时域模态分析结果定量地给出了附连水质量对导弹结构系统模态特性的影响关系，附连水质量引起的结构模态质量的增加对导弹模型结构低阶弯曲模态频率的影响比较明显，对高阶弯曲振动的模态频率，系统的阻尼比以及纵向振动的模态频率影响较小，对弯曲振动的细长体导弹类结构，人水深度所产生的影响相对较小，这些影响在一类水下发射导弹结构动态特征的工程设计中必须给予充分考虑。     

汽车动力总成弯曲振动实验模态分析中的非线性特性

在台架及整车条件下，对动力总成弯曲振动实验模态分析中的非线性特性进行研究表明，这一非线性特性仅存在于整车条件下的分析。首次提出对于具体型式的汽车在整车条件下的动力总成弯曲振动实验模态分析，应给出在该车动力总成可能的横向激励范围内其关注的弯曲振动模态频率的曲线图表，才是比较完全的     

斜交梁桥频率间接识别效果的影响参数

采用过桥车辆振动响应识别桥梁自振特性的间接测量法能够避免传统动载试验测量桥频方法存在的操作复杂和成本高等缺点。根据车桥耦合振动理论和桥梁间接测量法基本原理,对实际工程中的某一斜交梁桥建立车辆与桥梁耦合振动的有限元模型,采用双轴半车模型模拟测量车辆,提取车辆匀速驶过桥梁时的车辆加速度时程响应,并利用峰值拾取法进行频谱分析,剔除已知的车辆相关频率识别出桥梁的前三阶自振频率,分析了6种不同车速、6种不同车重、8种不同桥梁斜交角度对桥梁频率识别效果的影响特点。结果表明,间接测量法能够有效地识别桥梁比较密集的频率,车速低于20 km/h时,能够较好地识别出斜交梁桥的前3阶频率,车速较高时无法识别桥梁的频率信息;相对较小的车桥质量比对桥梁频率识别有利;斜交梁桥不同的斜交角度基本不影响桥梁频率识别的精度;桥面粗糙时采用差值法仍能较好地识别。数值模拟表明,间接测量法对于不规则斜交梁桥频率仍有较好的识别效果。     

车辐式索桁架模态分析与试验研究

通过对跨度为60 m的圆形车辐式索桁架屋盖按照1：10缩尺模型进行模态分析和模型试验,考察了拉索预应力、矢跨比及内外环直径比3个参数变化对结构自振特性的影响,对比分析了前4阶振型的试验结果与理论计算结果。结果发现：结构第1、2阶振型为反对称上下振动,第3阶为内环扭转振动,第4阶为内环相对扭转振动;试验和理论结果误差在10%以内,试验振型与理论振型基本吻合;前4阶振型的频率均在10 Hz以上,表明车辐式索桁架结构为低频动力响应,自振频率较小且分布密集;预应力水平越高,振型频率越大,则结构刚度越大;矢高增加,结构频率随之减小,结构更容易发生侧向失稳;内外环直径比越大,结构扭转刚度相对会减小,容易发生扭转失稳。     

柔性Rushton桨的振动特性

为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。     

柔性Rushton桨的振动特性

为了避免柔性Rushton桨的共振现象,研究搅拌桨的固有频率。采用试验测试的方法,研究该桨在静止及不同转速时的时域特性,并基于快速傅里叶变换法,得到频域特性。结果表明:静止状态下柔性叶片的振动能量主要集中在1~7Hz的频带上,不同转速时柔性叶片的振动能量主要集中在各自峰值对应的频带上,其中在47~52Hz的频带上,试验测量的各转速数据均有加速度峰值分布。在转速为2.5r/s时,加速度幅值明显增大,主振频率等于固有频率2.5Hz,可判定此时发生共振。因此,通过试验测试得到共振转速的方法,可为柔性桨合理选择转速提供依据。     

基于Abaqus四缸曲轴约束模态分析

随着发动机转速的逐渐升高,曲轴所受外界激励频率也越来越大.为验证所设计发动机曲轴的合理性,利用三维建模软件Catia和有限元分析软件Abaqus对曲轴进行约束模态分析.通过对各阶固有频率和振型的分析可知所设计曲轴避免了共振发生的可能.同时,各阶的振型图为后续的动态优化设计提供了理论基础.     

风力发电机叶片固有振动特性的有限元分析

以一农用风力机叶片为例,应用有限元方法对叶片进行了合理的简化,建立了叶片的振动方程.同时应用大型有限元分析软件AN SY S对其振动进行了分析,考虑了挥舞振动、摆振振动和扭转振动等3种情况,分别计算了实心和空心叶片的前十阶固有频率和振型,且对空心和实心叶片进行了比较.分析了各阶固有频率和振型的特点以及不同形式的振动对叶片的不利影响,分析方法和结果对风力发电机的结构设计和进一步动力分析有一定的参考价值.     

Finite Element Modeling and Vibration Analysis of Sprag Clutch-Flexible Rotor System

斜撑离合器-柔性转子系统有限元建模及振动特性分析

黄创^1,2,赵永强^1*,靳广虎^3*

（1. 哈尔滨工业大学 机电工程学院,哈尔滨 150001;

2. 珠海格力电器股份有限公司,广东 珠海 519070;

3. 南京航空航天大学 直升机传动技术重点实验室,南京 210016）

摘要：

为研究高速运行工况下斜撑离合器-柔性转子系统 (SC-FRS,sprag clutch-flexible rotor system) 的整体振动特性,基于推导的斜撑离合器刚度矩阵的计算方法,建立了考虑转子柔性及轴承支撑刚度的SC-FRS的有限元模型。以此模型为基础,计算了系统的固有频率和模态振型,通过与ANSYS软件计算结果的比较,验证了本文模型正确性。同时,在不平衡量作用下,分析了系统的弯扭耦合振动和中介轴承动载荷,研究发现扭转方向的共振峰与弯曲方向的共振峰有着相同的共振频率。搭建了斜撑离合器-转子系统试验台,进行了轴心轨迹和临界转速的测试,试验结果表明使用SC-FRS的有限元模型能够较准确地描述系统的振动特性。

关键词：斜撑离合器转子系统;有限元模型;不平衡量;实验验证

     

双参数立式储罐隔震设计

由于贮存液体的立式储罐在受到外激力作用时,晃动和液固耦联振动可以分别考虑,且刚性质量脉冲所产生的动效应可以忽略,所以抗震设计时,晃动(对流质量)控制储罐的波高设计,耦联振动控制储罐的基底弯矩和轴向应力设计.基于这一思想,对大型立式钢制储罐的隔震设计问题,提出了考虑晃动和液固耦联振动双约束下的储罐隔震设计方法.数值分析表明,理想的隔震园频率为2~3 rad/s,在阻尼比为0.1时,对于不同容积储罐在不同场地的情况下,其隔震减震效果均达40%以上.增大隔震阻尼比,可提高减震效果,但考虑工程应用实际,隔震阻尼比宜取0.1~0.3.     

混流式水轮机转轮模态计算及振动特性分析

为深入探究水轮机转轮在运行过程中出现裂纹甚至断裂的原因,以国内某电站所使用的混流式水轮机为研究对象,基于单向流固耦合理论,采用ANSYS CFX和workbench平台对水轮机全流道进行数值计算,得到水轮机转轮自由模态和预应力模态前6阶的固有频率和振型,并将转轮的固有频率与各水力激振力频率进行比较,分析其变形及振动特性。研究结果表明:水轮机转轮最大变形主要位于转轮上冠、下环以及叶片出水边中部;转轮的振型主要表现为摆动、绕轴旋转、弯曲及沿轴向方向上下振动;水轮机在转速n=272.7 r/min下运行时,激振频率与低阶固有频率相近,机组易发生共振。     

空间充气展开支撑管的自振特性研究

为了掌握充气支撑管的自振特性,本文基于小变形假定分析了充气圆管的应力分布,并基于ANSYS软件对充气圆管的自振特性进行了深入的研究.分析表明,几何非线性对于结构的振动特性影响不大;充气压力对于固有频率的影响与材料属性相关;充气管的结构形式及初始缺陷对振动特性产生一定的影响,接缝的存在降低了结构的固有频率;同时在充气管的振动模态中,存在着整体的弯曲模态和局部的壳模态形式.小变形假定适合充气管的动态分析,其自振特性与材料属性、结构形式、充气压力及接缝等因素有关.