离心泵流体激励力诱发的振动:蜗壳途径与叶轮途径

研究蜗壳、叶轮途径流体力诱发的离心泵振动,分析CFD蜗壳内表面流体力作用下电机-离心泵-机架FEM模型瞬态响应;用Newmark-β算法分析CFD叶轮表面流体合力、合力矩作用下叶轮-转轴-支撑-机架转子动力学模型响应;并对比蜗壳、叶轮两条途径流体力诱发离心泵基座振动。结果表明,泵内表面流体压力脉动为宽频激振源,会诱使离心泵系统产生各阶模态振动;流体力通过叶轮途径诱发离心泵基座振动位移幅值谱最大峰值出现在叶轮转频处,振动加速度幅值谱最大峰值出现在叶轮流道通过频率处,而非叶片通过频率处;流体力通过蜗壳途径诱发的离心泵基座振动远小于叶轮途径诱发的振动,叶轮-转轴-支撑-机架为流体激励诱发离心泵基座振动的主要途径。     

腔体低频声传递函数的理论及其实验求解方法的研究

建立了腔体低频声场的声传递函数的概念,并在模态测试和声场指定点的力／声频响函数测量的基础上,提出了求解由腔体内指定点声压和振动壁板的体积速度的比值所决定的声传递函数的方法,即由模态实验得到结构的模态参数,变换激励力的位置,形成并求解有关声传递函数的线性方程组。同时分析了腔体壁板振动区域划分总数存在上限的原因。实验结果证明了这种声传递函数求解方法的可行性。     

应变模态分析及其与位移模态的关系研究

振动实验分析中,动态应变信息与位移信息具有互补性,位移响应大的地方应变响应一般较小,反之亦然。基于动态应变测量的应变模态分析理论及参数辨识与基于位移（或速度、加速度）测量的位移模态分析理论同源,但二者之间的理论关系及其相互修正方法缺乏深入有效的研究。以等截面直梁为对象,首先导出激励力-动态应变响应的频率响应函数表达式,讨论应变模态参数的辨识方法。在此基础上,进一步构建属于同一特征值的应变振型与位移振型之间的变换关系,并详细分析应变-位移变换矩阵的特性。仿真算例表明所建立变换关系的合理性与正确性。     

腔体低频声传递函数的理认及其实验求解方法的研究

建立了腔体低频声场的声传递函数的概念,并在模态测试和声场指安点的力／声频响函数测量的基础上,提出了求解由腔体内指定点声压和振动壁板的体积速度的比值所的声传递函数的方法,即民实验得到结构的模态参数,变换激励力的位置,形成并求解有关声传递函数的线性方程组。     

输流管道耦合动力特性分析

管道中流体和弹性体之间的相互作用是引起管道振动的主要原因,这种流固耦合作用对管道动力特性有直接影响。通过实验和数值分析研究输流管道在流固耦合作用下的振动模态、幅频响应等动力特性的变化规律。根据流体三维波动方程和管道动力学方程之间的耦合关系建立空间输流管道系统的直接流固耦合动力有限元模型,进行管道系统有无流体两种工况下的模态实验。通过和实验结果的对比,验证了输流管道耦合动力学模型的合理性和流体对管道模态的影响,研究了不同频率下流固耦合特性对管道幅频响应的影响及作用机理。发现水介质流体显著降低了管道固有频率,但是在不同频率下流体对管道幅频响应的作用效果并不相同。     

基于流固耦合的T型管振动特性分析

针对由流体引发的T型管振动问题,采用基于双向流固耦合的模态分析方法,对流体作用下的T型管模态进行分析;在双向流固耦合基础上分析流体压强,流体速度和流体密度对管道固有频率的影响;通过分析管道在流体作用下的应力和变形情况,对T型管振动剧烈的结合部位进行谐响应分析。研究表明:基于双向流固耦合的模态分析可以较确切地反映内部流体作用下的管道模态;在各因素中,流体压强对管道固有频率影响是最大的;当激励频率为第2阶(800 Hz)和第8阶(1 060 Hz)固有频率时,管道的振动响应分别达到峰值。     

行车激励条件下弹性扣件弹条模态频率试验分析

为探讨地铁轨道用弹性扣件弹条在行车激励作用下与无载状态下模态频率之间区别,对某弹性扣件DI型弹条进行无载状态下的锤击试验及行车状态下的振动测试,获得弹条无载状态下的传递函数及行车激励作用下的振动响应信号。采用随机子空间法对行车激励作用下弹条的振动响应信号进行模态分析,得到弹条固有振动频率,同时借助钢轨振动信号剔除虚假模态。结果表明在0～1 500 Hz范围内在无载状态下弹条模态对应频率为622 Hz;行车激励作用下在0～1 500 Hz范围内弹条振动模态对应频率为594.75 Hz。试验结果说明车载状态下弹条固有频率有一定程度下降,在弹条振动评估中应充分考虑行车激励作用对弹条固有频率的影响,以行车激励作用下模态作为评判标准。     

多点复杂载荷作用下结构振动仿真与试验研究

多点复杂载荷激励作用下舰船等结构的振动响应问题是进行声辐射问题求解的前提。以安装于基座面板上的激振电机作为激振源,振源与基座面板通过力传感器进行多点连接,分别使用力传感器和加速度计测量激振电机运转时输入至结构的激振力和安装点处的加速度值。采用MATLAB和LabVIEW两种编程语言混合编程,考虑相位差的影响,结合有限元法获取的传递函数,对多点激励下的振动响应进行仿真和试验研究。并探讨了结构在力型输入和加速度型输入条件下,多点激振的振动响应求解方法,试验研究的结果验证了多点激振时传递函数理论计算结果的正确性。对比研究结果表明采用力型输入所得结果与实验结果符合最好,且影响加速度型作为输入条件求解振动响应精度的因素多,并非参与运算的通道越多所得结果越好。     

水中结构振动时声学相似性的数值验证

摘 要：以声学相似性原理为基础,用因次理论得到了在相似准数相等条件下的无因次系数,给出了模型和原型声学相似的条件。采用结构有限元耦合流体边界元方法计算水下相似加肋圆柱壳模型的流固耦合振动和声辐射。数值计算表明在相似条件下几何相似模型的壳体振动声学传递函数及其谱峰频率满足相似性,水下的模态、流固耦合振动响应以及声辐射均满足相似关系,并且与理论结果能够符合。     

基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究

采用数值方法研究离心风机在流体激励力和叶轮离心力共同作用下的结构响应。离心风机在运行过程中的振动主要由流体激励力和叶轮离心力引起,传统的分析方法很难准确地模拟和预测这种流固耦合振动。首先模拟离心风机内部三维非定常流场,然后将流场分析得出的流体激励力施加到风机叶轮上,采用模态动力学方法对离心风机进行振动响应计算。研究叶片数和前盘厚度两种结构参数对离心风机振动特性的影响。结果表明,存在最佳的叶片数和前盘厚度值,使得离心风机达到较好的减振效果;增加前盘厚度有利于提高叶轮强度,但是随着前盘厚度的增加,系统振动越来越强烈,因此在叶轮设计时应充分考虑叶轮强度以及风机整机振动性能以确定最佳叶轮结构。     

动态应变／应力场分析的模态法

本文给出了结构动态应变/应力分析的模态分析原理和方法。其基本思想是:结构在承受动态载荷的作用时,其应变场可用所谓“固有的模态应变场”按某种比例的叠加来表达。固有模态应变场(简称应变模态)对应于结构的固有振动位移模态,并取决于结构的动特性。根据这一思路导得的应变响应预测模型以及固有应变模态和相应的模态参数识别方法,我们称之谓应变模态分析。按本文发展的方法,可以通过电阻应变计直接测量应变频响函数,然后用曲线拟合法求取应变模态及模态参数。给出的实例说明,应变模态对于结构的局部变化较为敏感。     

有轴力的部分作用组合梁的动力分析

针对轴力作用下部分作用组合梁的振动,给出了基于状态空间列式的求解方法,并导出了自由振动频率方程.进一步利用辛内积的概念,针对工程中常见的边界条件证明了振动模态的正交性,进而采用模态叠加法进行了瞬态响应分析,得到了移动集中荷载作用下该组合梁的动力响应.最后,给出了数值算例,计算了屈曲荷载,讨论了轴力对固有振动频率的影响以及对移动集中荷载作用下的部分作用组合梁的瞬态响应的影响.     

利用PVDF阵列测量结构曲率模态的实验

提出利用PVDF阵列直接测量结构曲率模态。在振动梁表面均匀布置一组PVDF压电薄膜,测量结构在外加点激励作用下的动态响应,得到频率响应函数,进而通过模态软件对数据进行分析,得到其曲率模态。数值分析和实验结果表明：利用PVDF阵列可以有效地测量得到结构的曲率模态,且方法与激励力位置无关。由于方法操作简便,PVDF压电薄膜附加质量可忽略不计,与常规通过模态振型计算曲率模态的方法相比具有明显优越性。     

考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法

为了对附加阻尼结构的振动响应进行准确计算,提出了一种考虑阻尼材料频变特性的结构响应计算方法,可以准确提取附加阻尼结构的模态参数并计算振动响应。阻尼材料的材料属性会受到激励频率的影响而变化,导致附加阻尼结构的建模和振动响应计算不够精确;因此在传统模态应变能法的基础上,建立了考虑材料频变特性的改进模态应变能法,提取了复合结构的模态参数,并通过模态试验验证了所提取模态参数的准确性;并在振动响应计算中准确计入了模态参数,对比了测试点在仿真和试验中的加速度频响曲线,验证了响应计算方法的准确性。结果表明该方法可以准确提取附加阻尼结构的模态参数,并能在一定频段范围内准确计算其振动响应。     

输流管道的流体诱发振动稳定性分析

考虑内、外部流体的联合作用,研究输流管道的流体诱发振动稳定性。将外部流体的作用简化为涡激升力,利用Kane方法建立输流管道的二维非线性涡激振动方程。将动力学方程在平衡位置附近线性化,进行输流管道的稳定性分析。探讨不同内外流流速、外部流体的粘滞力系数、管道跨度以及内外流联合作用对管道稳定性的影响。研究结果表明,非线性涡激振动模型更真实地反映输流管道的流体诱发振动稳定性,在内流和管道跨度的影响下,发生耦合模态颤振现象;外部流体粘滞力系数的变化对管道的动力特性有明显的影响;在内外部流体的联合作用下管道的振动特性与各因素单独作用时明显不同。     

内饰车身地板振动性能优化分析

在某SUV车型工程设计阶段,运用有限元法进行内饰车身地板响应点振动传递函数分析。与参考车型振动曲线对比,发现车身地板测点峰值大幅超出。通过模态贡献量及模态分析,诊断出振动传递函数峰值大幅超出是由地板局部模态引起。为提高地板局部刚度,以地板振动传递函数为目标函数进行形貌优化,设计出新的地板结构以降低测点振动峰值。制造样车后,对地板振动传递函数进行实车测试,验证仿真分析结果的有效性。研究结果表明,在车型工程设计阶段,基于形貌优化的振动传递函数分析可以有效应用于内饰车身地板减振结构设计中,降低后期实车抖动风险。     

水下爆炸载荷作用下加肋圆柱壳应变响应研究

采用加肋圆柱壳结构模型模拟潜艇结构,对其在水下爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行试验研究。结果表明:采用应变测量的方法对结构进行模态分析是可行的;受附连水质量的影响,加肋圆柱壳结构的低阶湿模态频率较干模态频率显著下降;在爆炸载荷作用下,距离爆炸点越近结构承受的冲击作用越严重,越容易产生塑性破坏;应变的最大响应是冲击波载荷和一次脉动压力载荷共同作用的结果,第二次脉动压力对结构的动态应变响应贡献不明显。     

柔性立管涡激振动响应特性试验研究

针对柔性立管进行了试验研究,试验的目的是为了更深入地了解细长柔性立管在水中的涡激振动响应特性。试验在拖曳水池中完成,通过拖车拖动立管从而产生相对来流。通过测试得到的应变数据,基于模态叠加法,便可得到立管的位移响应等参数。试验中针对不同的流速进行了分析,系统地研究了立管的应变、特征频率、无量纲振幅比、锁定区域以及流体力系数等参数。研究结果表明:柔性立管随着流速的增加会出现多阶锁定现象;在高阶锁定区域,振动频率会出现跳跃现象;且随着锁定阶数的增加,幅值呈现下降趋势。     

热声载荷作用下金属薄壁结构的振动响应与试验验证

针对航空航天薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应问题,基于声振耦合理论,采用耦合的有限元/边界元法对四边固支高温合金矩形薄壁结构进行了动力学响应计算。重点研究了薄壁结构在行波加载与扩散场加载条件下的振动应力/应变响应规律,讨论了温升对结构振动响应的影响规律,分析了薄壁结构热屈曲(Thermal-buckling)和跳变(Snap-through)响应特性。通过将薄壁结构在不同温度条件下的振动模态以及动态应变响应的仿真结果与热环境下的声激振试验结果进行对比,表明计算的基频量值及随温度的变化关系与试验结果获得较好的一致性,计算的应变响应与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。该研究提出的金属薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应计算方法及分析结论对进一步开展热声疲劳寿命预测及动强度设计提供依据。     

热声载荷作用下金属薄壁结构的振动响应与试验验证EI北大核心CSCD

针对航空航天薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应问题,基于声振耦合理论,采用耦合的有限元/边界元法对四边固支高温合金矩形薄壁结构进行了动力学响应计算。重点研究了薄壁结构在行波加载与扩散场加载条件下的振动应力/应变响应规律,讨论了温升对结构振动响应的影响规律,分析了薄壁结构热屈曲(Thermal-buckling)和跳变(Snap-through)响应特性。通过将薄壁结构在不同温度条件下的振动模态以及动态应变响应的仿真结果与热环境下的声激振试验结果进行对比,表明计算的基频量值及随温度的变化关系与试验结果获得较好的一致性,计算的应变响应与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。该研究提出的金属薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应计算方法及分析结论对进一步开展热声疲劳寿命预测及动强度设计提供依据。