兆瓦级齿轮箱振动试验与动力学仿真对比研究

对某型兆瓦级风力发电机齿轮箱进行车间振动试验,获得该型齿轮箱在试验室环境下的振动特性;利用多体动力学软件建立该型齿轮箱的详细动力学模型,并模拟试验工况进行动力学仿真分析。通过对比振动试验与动力学仿真的结果表明,动力学仿真能很好地模拟齿轮箱的振动特性,可进一步用于振动故障机理及弹性支撑选型的研究。     

随机激励下风机齿轮箱动力学建模及故障特征提取

研究随机激励下的风机齿轮箱动力学特性,同时对典型的早期局部齿形故障特征进行提取。首先,建立了具有十六个自由度的风机齿轮箱动力学模型,模拟了多组随机不确定风载数据并作用在模型上进行仿真计算,通过分析内部齿轮振动信号的时频谱图和概率密度函数,研究随机不确定风载对齿轮箱动力学特性的影响。其次,在模型中考虑不同程度的齿面缺陷故障,运用同步小波压缩方法对仿真计算得到的齿轮振动信号进行分析。研究结果为分析不同工况下的风机齿轮箱动力学特性提供参考。     

某型发动机减速器齿轮毂裂纹故障研究

针对某型发动机减速器出现的齿轮毂裂纹故障,基于UG建立减速器齿轮传动系统的实体模型,对减速器一级齿轮毂进行柔性体仿真,采用弹簧模拟齿轮毂花键之间的弹性力作用,通过改变弹簧刚度的方法模拟一级齿轮毂存在故障时的状态,对比研究处于正常状态和带有裂纹齿轮毂故障状态的发动机减速器各部件的动态响应,发现故障状态下减速器各部件振动量明显增大,由此确立将振动量作为故障监测特征量的思想。利用所设计搭建的整机振动测试系统对10台次发动机振动状态进行测试,对比研究两种状态下减速器在其特征频带上的振动量大小,结果表明故障状态下振动量明显大于正常状态,从而验证仿真计算的正确性。     

滚动轴承测振点的动力学响应分析

为了有效捕捉轴承局部损伤后的故障特征,需要对传感器的测量位置进行合理配置和优化。考虑到滚动轴承结构的复杂性,本文采用数值仿真技术研究缺陷轴承工作状态下的动力学响应特征。基于故障轴承的有限元模型,分析各部件运动规律及相应的应力分布,获得不同部位缺陷诱发的冲击脉冲分布形态;建立附加轴承座的整体装配模型,故障冲击作为激励载荷施加到该模型上,同时考虑结构内部的非线性接触特性,仿真获得缺陷激励下的滚动轴承各节点动力学响应;将轴承座表面节点的响应波形与实测的轴承振动信号进行比较分析,保证仿真结果的真实性;进而深入研究振动信号在轴承外圈及轴承座之间的传递特性;基于上述动力学分析结果,对轴承故障状态下的测振点位置及测量方向进行优化选择。     

双转子系统动静碰摩动力学研究与基于振动加速度的实验验证

基于航空发动机动静碰摩故障的特点,建立双转子系统动静碰摩的动力学模型。模型中充分考虑机匣与轮盘碰撞时的弹性变形、接触渗透及弹性阻尼支撑,应用Hertz接触理论和库伦模型,建立干摩擦情况下双转子系统动静碰摩故障时的运动微分方程。运用四阶经典Runge-Kutta法进行求解,得到碰摩故障下双转子系统的动力学响应。因为实际的航空发动机转子的振动位移不易获取,多是测得轴承座或者机匣的振动加速度,为了提取碰摩状态下轴承座振动加速度特征,建立双转子系统试验台,进行动静碰摩实验,从轴承座测量振动加速度,通过频谱分析和包络谱分析方法,分析了轴承座振动加速度信号中的碰摩特征。结果表明双转子系统动静碰摩时,可将两个激励源的倍频和组合频率成分作为航空发动机动静碰摩故障的典型特征。而且当两个振源的频率值相互接近到20%的时候,双转子系统拍振信号强度较大。动力学仿真和实验取得了很好的一致性,验证了所提出的双转子系统碰摩模型的正确有效性。     

RV减速器振动特性分析

为了研究RV减速器的振动特性,建立了RV-20E型RV减速器的刚柔耦合动力学虚拟样机模型,利用灰色关联度分析了样机的准确性。之后通过模态分析,分析了RV减速器的整机模态频率、振型等。进一步使用有限元方法对RV减速器进行了瞬态动力学分析,得到了不同工况下的仿真信号,并与试验测得的不同转速、负载下RV减速器的加速度振动信号进行对比,仿真分析结果与试验结果吻合度较高。分析结果表明负载对RV减速器振动的影响较小,而转速对于RV减速器的振动有明显影响。     

HHT统计特征在航空发动机振动分析中的应用

航空发动机振动信号包含了多种振源的振动信号和大量的噪声分量。通过对其进行Hilbert-Huang变换, 将复杂信号分解为代表不同物理意义的单分量固有模态函数（Intrinsic Mode Functions, IMF）,然后对每一个IMF子带信号提取基于能量加权的广义粗糙度特征实现对振动信号的描述。最后将上述特征送入SVM分类器进行训练,根据分类器的输出结果确定航空发动机的工作状态和故障类型。通过对实测航空发动机试车时得到的振动信号的实验分析结果表明,该算法可以有效地识别发动机的振动故障。     

行星齿轮断齿故障动力学仿真与故障提取

行星齿轮在运动中部件会弹性变形,为此,在刚体动力学模型中引入柔性体的方法,基于ADAMS多体动力学仿真软件,对某船用行星齿轮进行刚柔耦合仿真。在太阳轮出现断齿时将太阳轮和行星架设置为柔性体,重点考虑运动仿真中这两个部件的变形。将发生故障后的动力学响应与正常状态进行对比,比较故障后柔性部件和刚性部件加速度频谱信号的異同,分析断齿故障特征和对应的故障频率。     

滑动轴承-转子系统不平衡-不对中-碰摩耦合故障动力学建模及响应信号分解

建立了非线性油膜力影响下不平衡-不对中-碰摩耦合故障的滑动轴承-转子系统动力学模型。模型中充分考虑了滑动轴承-转子系统中非线性油膜力的影响,并在此基础上建立了不平衡、不对中和碰摩故障耦合作用下的系统动力学模型,利用有限元分析方法获得系统振动响应。同时,在转子试验台上模拟耦合故障,获取实测信号与模型仿真响应进行对比分析。针对耦合故障振动响应中频率混叠的问题,提出了一种微分耦合经验模态分解对系统响应进行分解,为各耦合故障征兆的获取提供基础。仿真与实验结果证明了耦合故障模型的准确性以及微分耦合经验模态分解的有效性。     

基于改进排列熵的滚动轴承故障特征提取

排列熵能够有效监测振动信号中的动力学突变,衡量振动信号的复杂度,在旋转机械状态监测中获得成功的应用。将排列熵应用于滚动轴承故障特征提取中,并针对排列熵对振动信号幅值不敏感,无法反映振动信号中局部能量分布差异的问题,利用滤波信号的归一化瞬时能量改进排列熵,提出一种基于改进排列熵的滚动轴承故障特征提取方法。仿真和试验数据分析结果表明,该方法能够有效识别滚动轴承共振频带,准确提取滚动轴承故障特征。     

琼洲海峡跨海斜拉桥方案车桥系统耦合振动仿真分析

摘要：针对琼洲海峡跨海超大跨度斜拉桥方案,建立整车-整桥系统耦合振动分析的精细化数值仿真模型。采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法,建立斜拉桥的动力分析模型,并计算其空间自振特性。利用多体系统动力学软件SIMPACK建立三维空间车辆精细化模型,充分考虑了各种非线性因素的影响。最后,采用基于多体系统动力学与有限元结合的联合仿真技术,计算列车以不同车速单线行车和双向对开通过该大跨度斜拉桥的空间耦合振动响应,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性。计算结果表明：车辆运行安全性可以得到保障,舒适性指标为“优良”;桥梁的具有足够的刚度,振动状态良好。所得结果可供设计参考。     

４９０柴油机机体减振降噪研究

采用虚拟样机方法对某４９０型柴油机机体进行减振降噪研究。首先讨论机体有限元建模方法,通过对有限元模型的模态验证,证明有限元模型的准确性;然后以该机体有限元模型为基础建立发动机多体动力学模型,将动力学仿真得到的计算结果与台架试验得到的实验结果进行对比,二者吻合较好。最后对机体裙部进行重新设计,改进后机体的辐射声功率降低了３．１ｄＢＡ,同时机体传递给油底壳的激励也得到大幅降低,改进工作取得很好的效果。     

配气机构多柔体系统动力学仿真

利用Pro/E软件建立配气机构三维实体模型,并用ANSYS软件对推杆、摇臂、气门等零件进行网格划分、模态计算生成相应的柔性体;以ADAMS/Engine为仿真平台,建立了配气机构多柔体动力学模型。通过仿真分析,得到不同转速下配气机构仿真的结果,同时,分析了配气机构的噪声机理。该方法能够更加准确细致地分析配气机构动力学特性,为后续柴油机整机振动和噪声的分析和预测,提供更为精确的边界条件。     

液压模块挂车刚柔耦合动态响应特性及摆臂疲劳分析

为了研究重型液压模块挂车动态响应特性及其摆臂疲劳强度的问题,基于有限元分析方法与刚柔多体动力学理论,建立挂车刚柔耦合多体动力学模型,以路面不平度作为仿真的激励信号,结合振动试验验证模型的准确性。对挂车在不同的运行工况下,进行动态响应仿真分析。将多体动力学仿真结果作为有限元分析的动载荷,计算获得疲劳分析所需要的应力时间历程,运用局部应力应变法对摆臂进行疲劳寿命预测。计算结果表明,摆臂应力集中部位出现在已发生断裂的断面位置及应力水平已进入塑性状态。挂车在B级、C级与D级路面下的运行,危险点的疲劳寿命均大于挂车使用年限。而在正弦形凹凸路面冲击下,危险点的疲劳寿命随正弦形幅值与车速增加而明显减短。根据仿真计算结果,可提出适用的运行工况以提高挂车运行安全性与运输效率。     

基于BiLSTM的滚动轴承故障诊断研究

针对滚动轴承的故障诊断,设计并实现了一种基于双向长短期记忆网络(BiLSTM)的诊断模型。将原始振动信号直接作为模型输入,自动提取滚动轴承故障特征,可以对内圈、滚动体、外圈不同故障类型及不同损伤程度的滚动轴承进行故障识别。该模型通过BiLSTM神经网络自动提取轴承振动信号的深层信息,弥补了传统故障诊断方法需要人工提取特征的不足,实现端到端的滚动轴承故障智能诊断。滚动轴承实测振动信号实验结果表明故障识别准确率可以达到99.8%以上,该方法具有一定的应用价值。     

急救车车厢内部噪声仿真分析与优化

基于多体系统动力学理论、有限元和边界元方法,使用多种仿真软件建立车身结构有限元模型、整车刚柔耦合系统模型和车厢声学边界元模型,对路面不平度和发动机振动两种激励进行模拟,计算了这两种激励条件下20～150 Hz频率范围内车厢内各场点的A计权声压级。以降低多个场点声压级峰值为目标,综合考虑车厢壁板对各场点声压级峰值的声学贡献度大小和正负性质,对不同壁板组合进行阻尼减振降噪处理,最终确定最佳阻尼降噪方案。结果表明：场点声压级峰值的大小和频率分布与激振力能量的频率分布有关,粘贴阻尼材料在降低噪声的同时,也会改变声压级的频率分布。降噪措施能普遍降低车厢内乘员耳旁的声压级。     

活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析

活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源,其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动,因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象,建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型,通过机体和曲轴的模态试验,验证了有限元模型的准确性;采用正交设计方法,研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明:活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大;对发动机振动噪声敏感性分析显示,活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。     

防爆胶轮车动态特性研究

为掌握防爆胶轮车的动态特性,了解其动态应力、应变情况,应用多体系统动力学以及有限元法对其动态特性进行了研究．基于ADAMS建立了胶轮车的虚拟样机模型, 利用多体动力学仿真得到胶轮车在矩形坑路谱下各部件与车架铰接点的动态载荷曲线;基于ANSYS建立了胶轮车车架的有限元模型,并将动力学仿真得到的随机激励峰值加载到典型工况约束下的有限元分析模型,从而计算得到车架的动态应力分布, 并找出了应力集中的位置．动态分析结果可用于评价车架的动载峰值应力、应变,并对车架的轻量化改进设计具有一定的指导意义．     

内燃机噪声优化对车内声学的影响研究

提出了内燃机结构辐射噪声的仿真与优化方法,评价了内燃机噪声优化前后车内噪声的变化。建立了内燃机和前围板的有限元模型,通过模态分析验证了模型的精度。采用柔性多体动力学方法计算了内燃机的振动响应,并结合边界元算法得到了结构辐射噪声。完成了机体的结构优化,通过提升刚度使整体模态频率与激励峰值频率分离,从而降低机体结构响应,减小辐射噪声。搭建了内燃机与前围板的声学耦合模型,计算得到经机体结构优化前后的内燃机辐射噪声通过前围板后进入车内的声功率。结果显示,机体的优化方案大幅降低了其辐射噪声,从而减小了整机的辐射噪声。研究内燃机噪声与车内噪声的传递路径后,发现车内噪声有了明显的下降,从而证实了优化设计的可行性和有效性。     

基于包络S变换时频图像提取齿轮故障特征

齿轮故障振动信号中调幅和调频现象同时存在,其频谱包括以啮合频率及其谐波为载频,齿轮所在轴转频及其谐波为调制频率产生的调制边频带。针对齿轮故障振动信号特征提取困难的问题,提出一种基于包络分析和S变换时频图像相结合的故障特征提取方法。通过变速器齿轮故障模拟实验,采集齿轮正常、轻微磨损和严重磨损时的稳态振动信号,对其进行Hilbert变换得到信号的包络,然后对包络信号进行S变换,得到包络的时频图像的等高线灰度图像,计算图像的灰度共生矩阵及其统计特征量,提取齿轮故障特征。试验结果表明：该方法能有效提取齿轮故障特征。