高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析

为克服大型高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析的不足,根据多柔体动力学、有限元法和模态综合理论,用MSC Adams对未耦合和耦合的齿轮转子系统质量不平衡响应进行时域分析,发现当高速端和低速端齿轮转子同时存在质量不平衡时,耦合系统响应为分别在其上施加不平衡时响应的叠加,与相关文献采用传递矩阵法得到的结果一致.用Field力元模拟滑动轴承的油膜支撑,得到弹性支撑的单个齿轮转子的不平衡响应,涡动轨迹为椭圆,结果与相关文献对弹性支撑的圆盘转子不平衡响应分析的解一致.     

弹性支撑下风电机组传动系统结构动力分析

考虑水平轴风力发电机组齿轮箱弹性支撑的柔性连接特性,基于集中质量思想和拉格朗日方法,建立风力发电机传动系统多体动力学模型,研究了齿轮箱弹性支撑对传动系统结构动力学特性的影响.利用动力学模型和模态分析方法,得到了由弹性支撑耦合到系统后的模态频率,并获取了在该模态激励下的模态动能分布.采用变参数方法进行传动系统模态对齿轮箱弹性支撑刚度变化的敏感性分析,利用模态叠加法进行齿轮箱体的动响应分析.数值求解结果和分析表明,考虑齿轮箱弹性支撑的传动系统某阶固有频率即为弹性支撑下齿轮箱体振动主模态;弹性支撑线刚度对传动系统低频率固有模态存在一定影响;齿轮箱体振动分析时应考虑1阶和2阶的低频模态较为合理.本研究工作对传动链系统方案可靠性设计和抑制传动链振动的加阻控制提供了一定理论基础.     

航空发动机转子系统的动态响应计算

利用有限元方法建立了航空发动机双转子系统耦合非线性动力学模型,采用MATLAB计算了系统的临界转速和振型;研究了双转子结构的稳态不平衡响应,给出了双转子-机匣系统在不同转速下的运动规律,为工程中双转子系统的设计提供了一定的理论支持.     

汽轮机转子碰摩热弯曲动力特性研究

本文简化了汽轮机转子模型,并根据转子碰摩理论建立了一种简单的求解碰摩截面热分布的计算模型,使得碰摩截面热分布的计算大大简化.依据转子动力学理论推导了本模型的运动方程,并作无量纲化以便于MATLAB数值求解收敛,最终建立了转子系统由摩擦引起的弹性热弯曲——碰摩耦合故障动力模型.利用四阶Runge-Kutta方法求解微分方程组得到了在不平衡力、碰摩力和碰摩热弯矩耦合作用下转子系统的响应,并对低于、接近和高于临界转速下碰摩热弯曲转子的动力学特性进行了数值仿真研究,包括时域、频谱、轴心轨迹以及碰摩力的变化.结果表明,转子在低于和接近临界转速运行发生碰摩,转子的振动由平稳状态逐渐发散,而在高于临界转速发生碰摩时转子的振动会逐渐减小.     

轮-带驱动系统稳态周期响应谐波平衡分析

研究含有单向离合器、两滑轮及附件的轮-带驱动系统稳定稳态周期响应.通过单向离合器连接从动轮与附属系统,并计入传送带的横向振动的影响,导出了由偏微分-积分方程与分段常微分方程组成的连续-离散型非线性耦合方程组.利用Galerkin方法将连续非线性方程组截断为一组非线性常微分方程组,再运用谐波平衡法得到轮-带驱动系统耦合非线性振动的稳态响应.通过比较有无单向离合器装置的系统稳定稳态幅频响应曲线,研究了单向离合器对驱动系统以及轮-带系统非线性动态特性的影响.并首次研究了高频激励下轮-带系统的稳态响应.最后,运用Runge-Kutta方法对比验证了基于谐波平衡法得到的稳态响应.     

一类含间隙结构振动特性分析

为分析一类含间隙结构的振动特性及为保护特定子结构而预留间隙的合理性,根据其振动试验结果,采用假设模态法的思想,将该类带间隙的非线性结构按其子结构的一阶弯曲模态简化为带间隙的单自由度与二自由度弹簧-质量系统,分析了不同激励条件下间隙对系统动力学响应的影响.分析结果表明:此类结构中,间隙具有阻碍振动传递的性质,预留间隙是合理的.     

基础激励下基于模态叠加法的谐响应分析

针对ANSYS等商业有限元软件无法进行基础激励下基于模态叠加法的谐响应分析的问题,将以绝对响应为变量的动力学方程改写为基础响应与结构相对响应之和的形式,重新推导以相对响应为变量的结构动力学方程.以组合梁结构为例进行MATLAB程序仿真,并以ANSYS的PSD分析结果验证所推导的动力学方程的正确性,说明基础激励下利用模态叠加法进行谐响应分析的可行性.     

大型空间环型天线结构动力学分析

本文对大型空间环型天线结构振动的基本形式进行研究,选择边界条件为伸展臂与桁架结构连接面的固定约束.网格划分采用四面体单元与六面体单元结合的方法,杆件体结构规则采用六面体单元格,刚性连接处由于结构复杂采用四面体单元格.前四阶模态分析结果表明天线存在扭转振动、弯曲振动、横摇振动、呼吸振动等四种基本振动形式.研究了材料参数和边界条件的选取对振动模态和固有频率的影响.所得结果能为结构非线性动力学分析中模态函数选取和共振形式的分析提供重要参考.施加简谐激励研究大型空间环型天线稳态受迫振动响应,该结果对于预测结构的动力学特性以及避免共振具有重要的指导意义.     

高速列车车厢结构声-振耦合响应数值分析

为研究高速列车运行时结构表面产生的强声压对乘坐环境和结构破坏的影响,针对某型高速列车建立车厢声-振耦合有限元模型,研究车厢的结构模态、室内声场模态及结构-声场耦合系统模态;针对其所处特殊动态环境,计算耦合系统谐响应,考察其振动特点及室内噪声分布情况.计算结果表明,车厢结构低阶模态显示出良好的整体性,在较高频段内以局部模...     

弹支-刚性转子系统过共振瞬态响应特性研究

针对结合弹支-刚性转子系统的动力学特点,利用Lagrange能量法建立了考虑变速特性的转子系统瞬态响应动力学方程,模型中区别考虑了非旋转阻尼和旋转阻尼的影响.采用精细积分算法计算获得过临界区的转子瞬态响应特性,进一步对比分析了角加速度和阻尼特性对转子系统瞬态振动响应幅频特性和相频特性的影响规律.研究结果表明：变转速引起系统的刚度矩阵变化并产生附件的激励力;瞬态过共振响应幅值明显小于稳态响应幅值,且过共振越快速、阻尼越大时系统瞬态振动响应幅值越小.针对过瞬态相频特性,在临界转速附近出现一个新的相位角(加速过共振小于90°),此相位不受角加速度值和旋转阻尼比的影响,但随着非旋转阻尼比的增大呈增大趋势.     

大型汽轮发电机组现场动平衡试验研究进展

对于高参数、高效率、复杂轴系的大型超临界汽轮发电机组,启停成本过高,提高轴系动平衡的精度与效率,成为降低轴系动平衡的成本的关键要素。介绍了转子不平衡故障机理与振动特征,梳理了基于振动信号处理及深度学习的轴系不平衡故障识别方法,并列举了多种轴系动不平衡量的计算方法,建立了现场轴系动平衡治理框架。该框架融合了转子不平衡识别、动平衡修正以及轴系动平衡的影响系数数据库的建立,提高现场动不平衡识别精度。分析表明,高效动平衡能有效降低轴系振动,并成功应用于转子热弯曲、动静碰磨等多种故障预防中,提高汽轮发电机组的安全可靠性。同时,若加重量较大时,应采用高密度平衡块,能降低不平衡块的分散度,可进一步提高动平衡的效果。     

热固耦合作用下9F级燃气轮机碰摩转子的振动分析

针对燃气轮机转子碰摩故障的振动特性,建立了包含温度因素的9F级燃气轮机碰摩转子的动力学方程.建立9F级燃气轮机转子的结构模型,对燃气轮机转子进行瞬态热应力分析,同时考虑到碰摩力的影响.研究了9F燃气轮机转子从正常运行到停机72小时不同时刻的温度场及热应力.分析结果表明：采用有限元分析方法对9F级燃气轮机碰摩转子的振动特性研究是可行的,同时考虑到转子热固耦合作用的影响,对于更准确地研究转子的碰摩故障的振动特性具有重要意义.     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

全尺寸旋翼变距拉杆设计及验证技术

为降低直升机旋翼不平衡引起的振动,近几年出现了一种直升机旋翼实时调整（In-Flight Tuning,IFT）系统,通过主动式动态调整变距拉杆长度恢复旋翼系统动平衡状态,以达到减振目的。智能变距拉杆（Smart Pitch Rod,SPR）是IFT系统的执行机构和重要的组成部件,其特点是精度高,载荷大。针对国内首次研究和试制的智能变距拉杆,提出了一种可行的设计方案,经加载台测试验证结果表明其最大推力达到了25000N,控制精度达到了0.01mm以上。在某10吨级直升机旋翼塔上进行的旋翼平衡实时调整试验结果显示,1/rev旋翼振动减少了80%以上。     

带有星型齿轮传动结构的转子系统不平衡耦合振动分析

齿轮传动风扇发动机(GTF)的低压转子系统由于带有星型齿轮传动结构,使得其具有有别于传统发动机的动力学特性,因此由于这种齿轮柔性转子耦合系统而产生的振动问题更为复杂.本文基于该低压转子的结构特点,建立了具有星型齿轮传动结构的三支点转子系统有限元模型,通过对高速转子轮盘施加偏心质量,研究不平衡矢量激励下转子系统的耦合振动特性,并进行了相关试验分析.结果表明：在双盘不平衡激励下,由于不平衡之间耦合效应,转子系统各轴段均存在振动减弱的情况.并且与中心齿轮相比,环形齿圈与游星齿轮之间的啮合力更大,且受不平衡初始相位的影响更显著.此外,当相位差为180°时,不平衡对转子系统的危害较大.     

热致轴向窜动引发的双盘转子扭转振动分析

以航空发动机整机系统的结构特点及复杂的运行环境为研究背景,运用Lagrange方法建立双盘转子在不平衡激励和轴向窜动影响下的弯扭耦合动力学模型;针对温度非均匀分布以及热膨胀性质引起的转轴轴向窜动,导出转/静盘面接触时环带面摩擦力与摩擦力矩表达式;最后采用4阶Runge-Kutta方法对系统进行数值求解.对系统进行动力学分析的结果表明,对于非对称双盘转子结构,热膨胀所积蓄的温度内力引发的转子轴向窜动将改变转子系统的固有特性,所产生转静件盘面环带面摩擦力与力矩,是造成转轴扭转振动的关键因素之一.     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

变截面舵面结构全场瞬态变形测量及振动特性分析

搭建了一套全场非接触应变测量系统,对变截面舵面结构受随机载荷激励作用下的变形及振动特性进行实验研究。实验以2A12铝合金材料制成的变截面舵面结构为试验对象,采用高分辨率的相机记录舵面结构全场清晰的散斑图像,然后利用三维数字图像相关方法对其结构表面的连续变形进行直接测量,同时利用傅里叶变换对采集到的散斑图像进行振动特性分析,获得变截面舵面结构的模态频率和模态振型。为验证非接触测量得到的振动特性结果的准确性,用小质量加速度传感器得到的振动响应信号进行对比。试验结果表明,在0~500Hz的测试频段内,三维数字图像相关方法辨识变截面舵面结构前三阶模态参数与加速度传感器测量结果非常吻合,前三阶固有频率误差在2%以内,阻尼比误差在6%以内,前二阶模态振型均为弯曲模式,第三阶模态振型为弯曲扭转耦合模式,验证了三维数字图像相关的全场振动测量技术的有效性,为高温环境及非线性变截面舵面结构非接触振动测试提供依据。