气浮轴承-转子系统振动特性实验研究

针对高速气体润滑轴承-转子系统存在低频振动现象,考虑气膜压力与弹性支承对轴系振动特性的影响,开展低频振动特性实验研究.采用了轴系模态分析方法,得到不同轴承供气压力下的转子的模态固有频率,采用非线性测试及分析方法,研究了低频振动及其抑制后的轴心轨迹、频率耦合三维谱图、频谱图和分岔图等非线性特征,结果表明:基础下加硅胶垫后,能够降低转子通过临界转速的幅值,推迟低频振荡的发生.     

燃气轮机转子系统典型振动特性试验研究

搭建气体轴承支撑的微型燃气轮机发电机试验装置,试验呈现微型燃气轮机发电机气体轴承-转子系统升速过程典型区域振动特征,并基于试验数据关联分析振动参数与燃气轮机运行参数、气体轴承的关键参数之间的耦合关系,结果表明:①压气机出口压力波动对转子轴向振动影响较大;②微型燃气轮机转子径向振动受点火压力波动、主燃料燃烧压力波动以及压气机出口处压力波动影响较小;③气体轴承支撑的微型燃气轮机轴系在设计与调试时,尤其是对于设计转速在转子弯曲临界转速以上的轴系,应充分考虑支点位置、振型及轴系的刚度与阻尼匹配设计。以上试验现象与结论可作为微型燃气轮机轴系设计与故障诊断分析的依据。     

2N和N+1支撑三跨转子在三种联轴器下的振动特性实验研究

针对2N和N+1支撑转子轴系通过临界转速时振动过大的问题,搭建了2N(三跨六支撑)和N+1支撑(三跨四支撑)轴系实验台,模拟开机启动过程,试验研究两实验台轴系分别使用刚性、膜片和弹性联轴器时的振动特性。结果表明,N+1支撑方式可降低原2N支撑轴系对应的临界转速,且N+1支撑轴系各转轴的耦合更为强烈,容易激起相邻转轴的振动。使用刚性较小的联轴器时,2N和N+1支撑轴系振动均趋于平稳,说明轴系的耦合减弱,如2N支撑轴系测点1使用弹性联轴器时相比于使用刚性联轴器时在临界转速附近振动幅值降幅达50%。     

改进式被动电磁阻尼器及其应用

为了简单可靠的增加转子轴承系统的稳定性,在线消除油膜振荡等故障、抑制振动,提出了一种利用改进的被动式阻尼器在线增加系统阻尼的方法。被动式阻尼器结构类似电磁轴承,当转子旋转时,在转子表面形成电涡流因而产生电磁阻尼,抑制转子振动,但无需闭环控制,采用直流电流工作。增加直流电可以增加阻尼,但是电流增加会使系统的刚度减小,并且也会引起阻力距和阻尼器的发热,为了提高阻尼器的阻尼特性,又要解决刚度减弱问题,在不改变电磁阻尼器结构的和静态电流的基础之上,提出了增加额外电路增加阻尼的新方法,并通过计算选择合适的额外电路元器件的参数,改进后的阻尼器阻尼效果比原始的明显增加。把改进式被动电磁阻尼器用于转子-轴承系统的油膜振荡在线消除,并与原始阻尼器的减振效果比较,实验证明：同样条件下,改进式的被动阻尼器增加外阻尼在线的消除油膜振荡故障、抑制振动效果更好。     

高速涡轮发电机转子振动特性试验

运用高速涡轮发电机试验台,通过试验研究转子升速过程中典型振动行为及轴承供气压力对转子振动特性的影响。采用时间-转速-幅值三维谱图、频谱图、轴心轨迹以及分岔图等非线性振动测试分析手段,呈现转子升速过程中临界转速、低频振动、转速飞升等典型动力学行为特征,并分析轴承供气压力对转子典型振动行为的影响规律,结果表明:轴承供气压力抑制转子低频涡动,消除转子转速飞升现象,提高转子运行稳定性与安全性。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

涡轴发动机细长柔性转子动力特性及高速动平衡技术研究

摘要：建立了涡轴发动机动力涡轮转子动力特性有限元分析模型,计算得到了转子的前三阶临界转速值,在高速旋转试验器上完成了全转速范围内的动力特性和高速动平衡试验,实测得到了转子在额定工作转速范围内高速动平衡前和高速动平衡后等状态下振动幅值随转速的变化曲线,研究结果表明：建立的计算模型反映了转子的真实情况,高速动平衡效果良好,解决了型号研制过程中的一项关键技术。     

弹性联轴器不对中转子-轴承系统的非线性动力特性及稳定性研究

分析了在膜片式弹性联轴器不对中情况下,滑动轴承支撑的多盘转子系统的非线性动力特性和稳定性。联轴器不对中所产生的附加力和力矩作为施加在轴系上的外部激励。综合运用频谱、轴心轨迹、分叉图、Poincaré 图和最大Lyapunov指数等方法,比较分析了转子-轴承系统在考虑联轴器不对中前后的动力响应和稳定性。研究表明联轴器不对中会引起2X, 3X, 4X甚至更高倍频的振动,其中2X振动占据主要地位,不对中对转子上节点的振动的影响随着其与联轴器的距离的增加而减小。不对中对轴系的1阶临界转速的影响可以忽略,当转子转速超过系统2倍1阶临界转速时,系统会发生油膜振荡,联轴器不对中会使系统发生油膜振荡的转速升高,同时对转子振动有一定的抑制作用。     

基于时频滤波的汽轮机半速涡动故障成分提取

汽轮机油膜涡动是滑动轴承失稳而产生的自激振动,其振动频率主要表征为转子转频的一半或略小。当油膜涡动频率等于转子一阶临界转速时会导致振动加剧,进而对汽轮机的稳定运行产生严重影响。Gabor变换是一种可逆的联合时频分布方法,其逆变换具有时域信号重构的能力。基于Gabor变换对850 MW汽轮机振动信号进行时频分析,显示反映轴系不稳定的半速涡动成分,进一步对该成分进行时频带通滤波,并基于Gabor逆变换予以时间重构,获取半速涡动成分的峰峰值量化指标,为汽轮机轴承油膜涡动故障提供诊断依据。     

变负载工况下高速永磁电机转子动力学特性试验研究EI北大核心CSCD

设计搭建了由动静压混合气体轴承支承的45 k W高速永磁电机转子试验平台,基于该试验平台开展了接入不同额定负载工况下,轴系受到变不平衡磁拉力的动力学特性试验。共进行5次试验,供气压力均为0.80 MPa,接入额定负载分别为0 k W,15 k W,30 k W,60 k W,145 k W。接入额定负载增大,相同转速下轴系受到不平衡磁拉力增大,低频涡动出现转速提前,当接入额定负载为60 k W,145 k W时,转子单一低频涡动频率发展为双低频振动特性,并出现碰摩降速现象。试验结果表明增加电机额定负载,轴系受到不平衡磁拉力增加,造成低频涡动出现转速降低,稳定阈值降低,且在大额定负载下,单一涡动频率发展为双低频振动频率,出现轴系的碰摩失稳故障特性。     

成灌快铁线下桥式车站振动噪声实测与分析

以成灌快铁安德站为工程背景开展现场试验,实测了轨道梁、站台、候车大厅和办公室区域的振动加速度和声压,并对实测信号进行时域和频域分析。采用数值方法在频域内分析了轨道梁振动、桥墩动反力、站房振动和室内二次辐射噪声,并将计算结果与实测值进行对比。结果表明：当列车以速度190 km/h通过车站时,轨道梁振动的优势频段为40～80 Hz,竖向振动加速度峰值小于规范限值;办公室和候车大厅地面振动的优势频段为20～100 Hz,振级接近80 dB;站台处、办公室内和候车大厅内噪声的优势频段分别为300～2500 Hz、40～63 Hz和20～100 Hz,办公室内和候车大厅内的低频噪声远远超出身心舒适度限值;桥墩竖向动反力的优势频段为25～63 Hz,是引起办公室和候车大厅地面振动的主要原因;站房–土体耦合有限元模型和内部声辐射边界元模型可以较好地模拟站房振动及二次辐射噪声。     

考虑索间作用的斜拉桥耦合振动研究

为了研究几何非线性条件下斜拉桥索梁耦合振动与索间作用问题,以两条斜拉索与简支梁组合体系为简化模型,利用D’Alembert原理建立考虑初始垂度的索梁体系非线性偏微分方程,设定索的前两阶复合振动模态与梁的基本模态,运用Galerkin方法将其离散为二阶常微分方程,并使用四阶—五阶Runge-Kutta方法对索与梁的振动响应进行了数值分析。结果表明:在双索单梁组合结构中,特定频率条件下一阶模态与主梁强烈耦合,二阶模态与主梁小程度耦合;与单梁单索结构相比,多索导致主梁频率增大,索间作用使得索振幅增大、拍频降低,面内一阶模态对索梁变化更敏感;当索梁频率不变时,索间作用对耦合振动产生的索大幅振动有明显抑制作用,且索梁结构对主梁初位移变化更敏感。     

胀板区段的高低不平顺时频特征及其评估方法

高速铁路无砟轨道的胀板病害是轨道服役性能劣化的最主要表现之一。利用轨检数据,分析了高低不平顺的时域波形与频率分布特征,得到了胀板病害的6.45 m高低不平顺波长特征。基于小波理论,采用离散小波的Mallat算法提取6.45 m所在高低不平顺波长区间的样本特征数据。给出了胀板指数计算方法,建立了高速铁路无砟轨道胀板病害的检测方法。通过算例对文中所提算法的适用性和准确性进行验证。结果表明:由结构性胀板引起的高低不平顺具有明显的温度效应;利用该病害检测算法计算结果与现场病害资料对比,准确率达到80%以上,可有效地实现无砟轨道胀板病害的定位与检测,为我国高速铁路无砟轨道养护维修提供一定的技术支持。     

Duffing振子激励下平板声振特性研究

针对非线性振动激励下结构声辐射问题,由变分原理导出Duffing振子激励下平板声振耦合动力学方程,由模态展开法及增量谐波平衡法导出轻流体中耦合动力学方程的近似解析解,给出多频激励下平板表面平均振速及辐射声功率表达式,研究激励力频率、非线性项对系统振动及声辐射特性影响。结果表明,Duffing振子激励下平板的声振耦合问题为含离散与连续系统的复杂动力学问题;耦合运动下Duffing振子出现二次跳跃现象与新的共振特性;平板声振特性主要由三次谐波决定。研究结果可为隔振结构的声振设计提供理论依据。     

基于多源数据融合的掘进机截割岩壁硬度识别方法

针对煤矿井下掘进机截割岩壁硬度识别难度大的问题,利用其悬臂振动信号、升降油缸和回转油缸压力信号、截割电机电流信号,提出了一种基于多源数据融合的截割岩壁硬度识别方法。该方法首先对各类信号进行小波包分解,单支重构各频带信号并组建时频矩阵,通过奇异值分解得到包含时频信息的若干特征奇异值,以构造特征向量;再利用LDA算法实现数据特征级融合,得到类可分性更好的低维特征。为解决概率神经网络(PNN)平滑参数无法确定和网络结构复杂的问题,提出了基于差分进化算法(DE)和QR分解的PNN优化方法,并通过优化PNN对低维特征进行硬度识别。实验结果表明:所提出的特征量提取和模式识别方法是有效的,与目前常用的其它模式识别算法相比,优化PNN在掘进机三种工况下均有更高的硬度识别准确率。     

一种改进的DDTFA方法及其在齿轮箱故障诊断中的应用

针对数据驱动时频分析(DDTFA)方法的初始相位函数选取问题,提出一种可准确、快速且自适应优选初始相位函数的改进DDTFA方法。引入数学中函数求极值的思想,将信号的初始相位函数选取问题转换为初始解集的连续寻优问题,通过对DDTFA中的高斯牛顿迭代算法进行精简,以初始解集中的初始相位函数迭代一次斜率的变化量为导数获得初始解集的连续导数集,进而求得局部极大值,并以局部极大值对应信号分量的能量最强为准则优选信号的初始相位函数,进而完成信号分解。仿真分析与齿轮箱故障诊断实例表明,该方法可准确、快速且自适应地优选初始相位函数,并有效提取故障特征,且具有一定抗噪性。     

飞片厚度对冲击波压力峰值衰减特性的影响分析

针对现有研究没有考虑飞片厚度对冲击波压力峰值衰减特性影响的问题,采用数值仿真的方法,通过建立不同厚度的飞片撞击无氧铜靶板的仿真模型,比较飞片与靶板撞击面脉冲宽度的仿真值和理论计算值,验证了数值仿真模型和仿真结果的可信度。采用最小二乘法对仿真数据进行处理,建立了飞片厚度与冲击波压力峰值指数衰减模型衰减系数之间的定量数学关系式,结果表明飞片厚度对冲击波压力峰值衰减特性的影响比较明显,飞片厚度与衰减系数近似成线性关系,飞片厚度越小,衰减系数越大,冲击波压力峰值的衰减速率越快,为相关实验设计与分析提供了理论参考。     

空间站柔性太阳翼热诱发振动分析

柔性太阳翼随空间站在轨运行时会受到周期性的热载荷作用,为研究热载荷对柔性太阳翼的影响,采用热-结构非耦合分析方法对柔性太阳翼进行了热诱发振动分析。提出了等效位移法,按照节点位移等效原则计算柔性太阳翼有限元模型各节点的等效温度载荷,再以该载荷为激励计算柔性太阳翼的动态响应。通过自编的Python程序实现等效温度载荷计算过程中的数据处理,以及热诱发振动分析流程中的有限元前后处理。通过与理论解和数值解作对比,验证了基于等效位移法求解等效温度载荷并用于非耦合热诱发振动分析的方法的准确性。通过对柔性太阳翼的热诱发振动分析,得到了柔性太阳翼的动态响应数据,发现了柔性太阳翼出地球阴影区时的刚柔耦合情况。分析结果可以为柔性太阳翼的设计和改进以及在轨的安全性、可靠性的评估提供参考。     

近断层强震记录基线校正的改进方法

基于Iwan两段式校正方法的原理,引入参数“时移斜率比k i”和“校正后位移的最大平坦度f”来确定强震段偏移开始时间t 1和结束段偏移的开始时间t 2,引入参数“均方根偏差RMSD”来选择位移末尾部分拟合函数的次数,提出了近断层强震记录基线校正的改进方法。应用该方法对芦山地震和汶川地震共8个近断层台站的强震记录进行基线校正处理获取了永久位移。结果表明,获得的永久位移与强震台站附近的GPS台站观测的同震位移吻合较好,永久位移与GPS观测结果的比在0.57~1.72,均值为0.99。在一定程度上减少了主观经验对于基线校正结果带来的不确定性。同时对比分析了7种基线校正方法对峰值地面运动参数和永久位移的影响,PGA和PGV受不同基线校正方法的影响很小,但是不同的基线校正方法对PGD和永久位移的影响非常大。     

最优应力波形下的冲击机械冲锤部件的反演设计及参数优化

 受空间环境下月壤采样机构能源供给的限制,本文立足于一般的冲击机械模型,假定岩土动态加载刚度一定的情况下分析比较了不同形式入射波形对岩土介质作功过程中能量传递效率情况;以实现最优指数应力波形为目标,基于一维波动力学理论及δ(t)函数法对冲锤部件的波阻抗进行反演设计,并使用正解计算和有限元仿真的方法验证反演设计的正确性;运用假设脱离法分析了冲锤与击杆之间的受力及运动状态,分析了冲锤几何外形无量纲参数影响下能量传递效率和冲锤冲击效率的变化规律并计算相关的最优参数。