液体火箭POGO振动缩聚模型研究

针对液体火箭POGO模型中推进系统模型难以降阶的问题,提出了一种POGO模型缩聚的方法。利用广义逆迭代法只对输送管路的有限元模型模态分解,选取管路任意阶次模态方程与其余部件的方程组合得到推进系统的缩聚模型,进而与结构系统模态方程耦合得到POGO振动缩聚模型。当蓄压器作为纯柔性元件或非纯柔性元件时,缩聚模型的维度由管路的模态变量、结构模态变量再加1或2组成。模型的维度大大降低且算例表明其具有很高的精度。基于缩聚模型研究了某液体火箭蓄压器能量值和惯性对POGO稳定性的影响。研究得出,对于纯柔性或非纯柔性的蓄压器设计,能量值和惯性对不同时刻耦合模型稳定性具有不同的、非单调的影响规律。当耦合而导致结构系统频率大幅降低时,合理的调节蓄压器的能量值或惯性可以显著的增大结构耦合阻尼比,增强结构的稳定性。     

推进系统参数变化对液体火箭纵向振动响应的影响分析

为了优化液体火箭推进系统,避免POGO振动引起液体火箭低频振动环境恶化对火箭飞行过程的不利影响,建立了液体火箭POGO振动系统的动力学模型,利用动态灵敏度技术,提出了液体火箭纵向振动响应对推进系统参数的灵敏度时域分析模型。通过数值仿真,得到了推进系统流体惯性、阻力和刚度参数以及泵的动态增益变化对液体火箭纵向振动响应的影响规律。研究结果表明,液体火箭纵向振动响应对流体惯性和阻力参数的敏感程度比流体刚度参数明显大,泵动态增益的变化对液体火箭纵向振动响应的影响最大,泵前短管的流体刚度变化对液体火箭纵向振动响应的影响最小。为减小液体火箭纵向振动,进一步研究POGO振动特性提供参考。     

液体火箭POGO振动分析的矢量拟合法

针对液体火箭的POGO振动现有分析方法存在不足的问题。建立了火箭推进-结构系统的传递函数,采用矢量拟合法对传递函数进行有理分式拟合,借助稳态图法确定传递函数稳定的极点,进而通过极点分布判断POGO稳定性;进一步分析了蓄压器不同设计状态对POGO振动的抑制效果并与临界阻尼法进行了对比。结果表明矢量拟合法比临界阻尼法具有更高的精度,并确定蓄压器PV值在0.157～0.196 MPaL范围内抑制效果最好;该方法可为其它液体火箭的POGO振动抑制提供参考。     

液体火箭纵向耦合振动建模及其动态特性分析

针对液体火箭结构-推进系统的纵向耦合振动问题,建立推进系统各个组件的时域动力学模型,推导出结构-推进耦合系统二阶线性微分方程形式的控制方程。该方法能快速求解得到耦合系统的全部特征值,而且还能在此基础上分析特征值关于蓄压器和泵的物理参数的灵敏度,为液体火箭推进系统的参数优化提供技术手段。     

齿轮耦合影响转子滑动轴承系统稳定性的理论证明

从理论上证明齿轮耦合的转子滑动轴承系统的稳定性与转子系统的扭转动力学参数有关,齿轮耦合使系统的失稳转速下降、稳定性裕度降低;由于齿轮耦合,转子的横向振动与扭转振动之间发生能量交换,转子的扭转振动亦受到来自滑动轴承油膜的阻尼作用,从而使转子横向振动受到的轴承油膜阻尼作用减小,导致整个转子系统的失稳转速下降、稳定性降低.     

船舶推进轴系的扭转-纵向冲击响应

以某柴油机推进轴系为例,建立了扭转-纵向冲击有限元模型,加入柴油机曲轴和螺旋桨附水引起的扭纵耦合效应,研究了扭纵耦合轴系的自由振动和扭转-纵向冲击响应,并与无耦合轴系结果进行对比,分析了扭纵耦合效应对推进轴系自由振动和冲击响应的影响。结果表明,扭纵耦合效应对推进轴系的固有频率影响不大,但它明显地影响了冲击响应,扭纵耦合下,单一类型(扭转或纵向)冲击会同时激发纵向和扭转振动,并且引起较大的位移和扭矩波动,威胁轴系运行安全。因此船舶推进轴系的扭转-纵向冲击在设计阶段应予以足够的重视。     

弯扭耦合共振式振动时效的参激稳定性分析

研究弯扭耦合共振消减转轴的残余应力的动力稳定性,对转子-轴承系统进行有限元离散,建立动力学模型。然后,对转子-轴承系统进行模态分析,得到合适的阵型。根据共振条件在共振转速之下用Newmark法求得转轴受到扭转振动激励的弯扭耦合位移响应和动应力响应,分析了转轴弯扭耦合共振特性。当转轴从零转速上升到耦合共振转速的过程中,通过Floquet稳定性理论和Poincaré法对参数激励系统进行周期稳定性分析。研究结果表明,弯扭耦合振动时效过程中的耦合动力特性明显,且振动是稳定的,对弯扭耦合共振理论应用于振动时效领域有一定的参考价值。     

蓄压器膜盒机械刚度对液体火箭POGO振动影响研究

在以往的POGO分析中,蓄压器的模型并未考虑膜盒机械刚度。但试验表明,蓄压器金属膜盒具有一定机械刚度,尤其是在受到较大压缩时,机械刚度会很大。较大的机械刚度会降低蓄压器的总柔度,影响蓄压器对POGO的抑制效果。基于气液接触面的力平衡条件和流量连续方程,推导了考虑膜盒机械刚度的蓄压器动力学模型。并将新模型应用于某型号火箭的POGO稳定分析,分析了蓄压器膜盒刚度对POGO稳定性的影响。仿真结果表明,考虑膜盒机械刚度的蓄压器动力学模型比传统模型有更高的计算精度。因此在工程实际中考虑膜盒机械刚度的POGO稳定性分析结果更加准确可靠。     

前置后驱汽车传动系统的扭振模态分析

针对某前置后驱车,建立了其传动系的扭振当量模型,通过自由振动计算分析获得了传动系的扭振模态,与整车传动系扭振测试结果对比,验证了计算的正确性。基于传动系扭振当量模型,分析了各部件扭转刚度及转动惯量对扭振模态的灵敏度:系统第3阶扭振模态可以通过改变轮胎扭转刚度或者转动惯量来调谐;第4阶扭振模态可以使用半轴的扭转刚度、轮胎的扭转刚度或转动惯量调谐;第5阶扭振模态的调谐参数为半轴扭转刚度和传动轴转动惯量。这些因素的分析可为车辆扭转振动特性的改善提供可参考的依据。     

渡槽排架结构人工激励模态试验分析

开展渡槽排架单向单输入多输出SIMO(Single Input Multiple Output)法、双向多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)法人工激励模态试验,选用特征系统实现法识别纵向、横向、双向模态参数,结果表明,单向SIMO法稳定图绝大多数谱峰明显、模态识别效果较好,纵向模态比横向丰富、识别效果好;双向MIMO法纵向谱峰大多数明显,横向除双向第2阶(即横向第1阶)谱峰明显外,其他基本很小,尤其是横向模态频率接近纵向时,甚至无谱峰,只识别出纵向模态;排架结构以排架柱弯曲振动为主,纵向低阶、高阶模态横梁分别以平动或转动刚体振动、弯曲振动为主,横向模态横梁为平动或不动刚体振动;两种方法识别出的模态频率误差较小,模态阻尼在正常范围,但双向MIMO法部分横向模态未能准确识别。从识别精度、试验工作量及操作便捷性而言,排架结构人工激励模态试验选择单向SIMO法优于双向MIMO法。     

基于自重影响的连续轴扭/弯耦合振动的研究

考虑轴的自重的影响,研究轴的质量中心分布线与旋转中心线不重合时的扭/弯耦合振动情况。研究中,基于轴的基本理论建立了轴的扭/弯耦合振动的方程组,并根据振型叠加法以及模态的正交性进行了耦合方程组的求解。对简支轴仅考虑自重情况下轴的扭/弯耦合振动进行了自由振动和强迫振动的研究,对与理论研究条件相同的实际简支轴进行了耦合振动响应的实测研究。研究结果表明:第一、三、五…阶弯曲振动是跟第二、四、六…阶扭转振动相耦合的,而第二、四、六…阶弯曲振动则是跟第一、三、五…阶扭转振动相耦合。     

高阶扭转模态耦合下覆冰导线的稳定性和影响因素分析

利用Galerkin法建立面内前四阶和扭转前四阶模态耦合的覆冰导线动力学模型。借助分岔理论分析各阶模态的失稳临界条件,研究导线系统在不同风速、扭转阻尼比、档距及初始拉力下各阶模态的失稳规律,并利用数值模拟对理论分析结果进行验证。研究结果表明:考虑了扭转前四阶模态的导线模型,其面内前四阶模态特征值实部随风速变化的响应曲线先后经历2次Hopf分岔,呈限幅振动;扭转阻尼比的增大扩大了面内模态的失稳风速区域;随着档距增大,面内模态的2个Hopf分岔点和扭转模态的一个Hopf分岔点分别左移,表明大档距时,扭转模态逐渐代替面内模态的舞动;初始拉力对面内模态的失稳区域影响显著,而对扭转模态的影响很小。以上结论可为工程中导线的优化设计提供理论依据。     

任意边界条件下弹性梁耦合振动特性分析EI北大核心CSCD

采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种辅助函数为三角级数的改进傅里叶级数;在弹性梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理从能量角度推导整个结构的拉格朗日函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性梁模型不同边界下前6阶固有频率,与文献解对比最大误差为0.02%,验证了该方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和模态特性求解方程,通过改变边界约束弹簧刚度系数可以实现对弹性梁耦合振动特性进行调整,为弹性梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

后驱车传动系统扭转与弯曲振动的NVH性能

采用多体动力学理论建立后驱传动系统扭转振动分析的刚柔耦合模型,计算出传动系统各个档位扭转振动的固有频率和振型。传动系统的固有频率影响变速器敲击,并用NVH实验进行验证。系统谐响应分析和强迫振动分析结果通过传动系统扭振实验得到了验证。最后,采用模态综合法计算出传动轴系的弯曲模态,并与有限元法对比,得到较好的一致性。中间支撑刚度影响传动轴系一阶模态。     

端部约束悬臂输流管道的动力学特性

根据梁模型横向弯曲振动模态函数一般表达式,由边界约束条件确定其模态函数的一般表达式,采用Galerkin法将运动方程在模态空间内展开,利用动力学分析方法,分析端部受线性弹簧支承和扭转弹簧约束的端部约束悬臂管道从非保守系统逐渐变为保守系统过程中的固有特性和稳定性。数值仿真结果表明,这种特殊边界输流管道具有复杂变化的动力学特性,支承和约束刚度系数的变化对系统固有特性和稳定性产生很大的影响:随着弹簧刚度的增大,系统的固有频率上升,管道失稳方式从颤振变为屈曲,并且影响系统其他参数对管道动力学特性的作用。     

非惯性参考系中弹性薄板纵横振动相互耦合时的内共振分析

本文研究了非惯性参考系中弹性薄板的大范围运动与大变形运动相互耦合时的内共振。在建立了该动力系统运动控制方程的基础上,利用多尺度法得到了非惯性参考系中弹性薄板纵横振动强相互耦合和弱相互耦合时产生内共振固有频率所需满足的条件,讨论了弱相互耦合时横向振动产生分岔导致失稳的条件;用数值仿真模拟了系统包括了横向和纵向转动角速度两个分岔参数的空间分岔集,讨论了该动力系统的稳定性,并得到了它的分叉响应曲线。     

摩擦激励下螺旋桨推进轴系自激振动特性分析

水润滑轴承摩擦诱导的螺旋桨推进轴系振动是造成舰艇艉部高频振动噪声的重要诱因。针对摩擦诱导的螺旋桨推进轴系非线性自激振动特性进行研究。基于拉格朗日方程和模态叠加方法建立摩擦激励下螺旋桨推进轴系的非线性动力学方程,轴承—轴颈的动摩擦特性采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型进行描述,同时考虑非线性摩擦、扭转振动和横向振动的耦合作用。运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代相结合的方法求解系统非线性动力学响应。分析结果表明,在摩擦激励自激振动作用下系统动力学特性均被激发,系统的弯扭耦合振动特性易诱发螺旋桨推进轴系产生摩擦自激振动现象。     

运载火箭低温蓄压器绝热支架设计及验证

蓄压器是航天运载器中抑制火箭纵向耦合振动(POGO振动)的重要部件。本文基于新一代运载火箭低温蓄压器传感器、充气手阀的使用需求,开展了玻纤增强聚醚醚酮注塑成型绝热支架设计,实测了玻纤增强聚醚醚酮的材料物性,并进行了绝热效果仿真分析,基于传热学理论,分析了蓄压器表面自然对流系数随表面温度的变化情况,将其应用于传热有限元分析,得到了绝热支架的温度分布及变化过程。绝热支架绝热效果试验验证结果表明,绝热设计有效,满足使用要求。