300 W风力机木芯叶片模态特性实验研究

300 W风力机叶片采用以樟松木为芯,外铺3层玻璃纤维的方式构成。对此樟松进行顺纹方向压缩实验,得到其破坏载荷7.32 kN,断裂强度62 MPa;对3层玻璃纤维进行拉伸实验,得到其破坏载荷1.3 kN,断裂强度4MPa。将此叶片近似看作悬臂梁,采用锤击法,用加速度传感器和力传感器结合软件对信号进行采集和分析,得到所需要的固有频率、振型及阻尼比。实验结果表明,该铺层方式下木芯叶片的1阶固有频率为23.30 Hz、1阶阻尼比为5.29%,并获得1阶挥舞振型,通过与木芯叶片风轮的转动频率20.01 Hz相比较,证明此木芯叶片发生共振几率较大,可为后续优化研究提供依据。     

新型阻尼结构叶片振动特性试验研究

干摩擦阻尼结构被广泛应用于透平叶片中来降低其振动应力。文章设计并搭建了干摩擦阻尼块结构叶片振动特性测试试验台,通过测量一新型阻尼结构叶片的振动响应值,获得了不同激振力及模拟离心力转速下叶片频率响应曲线及模态阻尼比。试验结果表明：当激振力较小时（4N、5N和6N）,叶片的共振频率随模拟离心力转速的上升而不断增加,而模态阻尼比则先增加再减小,在40％模拟离心力转速工况下模态阻尼比最大,叶片减振效果最好;当激振力较大时（12N、18N和24N）,叶片振动更加剧烈,使得阻尼块接触刚度降低,叶片的共振频率接近自由叶片固有频率,而模态阻尼比随着模拟离心力转速的上升不断降低。     

基于流固耦合的卧式轴流泵叶轮模态分析

研究轴流泵转轮的振动特性,对于避免轴流泵工作时发生共振、保证水泵安全稳定运行有重要意义。运用有限元软件ANSYS Workbench,结合流固耦合方法,分析某泵站卧式轴流泵的模态,计算轴流泵叶轮转子在空气和水中的各阶固有频率及其振型,并分析了叶轮固有频率的变化规律及其原因。结果表明,水介质会引起叶轮各阶固有频率的降低,各阶固有频率降低系数的范围为0.10~0.38,降低系数大小与各阶振型有关,水中振型和空气中的振型相似,振幅有所减小,水体的附加振动质量是引起叶轮各阶自振频率降低的原因。     

具有整体围带和凸台拉筋汽轮机长叶片阻尼振动特性实验研究

阻尼围带和凸台拉筋结构在大型汽轮机叶片中被广泛采用来增加叶片阻尼,降低其振动应力.设计并建造了阻尼结构叶片振动特性实验台,对一具有阻尼围带和凸台拉筋汽轮机长叶片的阻尼器接触面施加不同转速下的正压力进行了振动特性测试,得到了不同转速正压力下叶片的频响曲线和模态阻尼比.试验结果表明:只有围带接触时,随着转速的增加,叶片模态阻尼比先增后减;围带和拉筋都接触时,也存在同样的现象.当转速大于2 600r/min后,叶片的共振频率基本不变且模态阻尼比与自由叶片时基本一致.     

透平机械整圈自由叶片的随机失谐振动特性研究

首先建立了失谐叶片-轮盘的数学模型,以模态综合法为基础给出了失谐叶片-轮盘的模态问题计算方法;并利用某压气机叶片-轮盘对该方法进行了验证。与ANSYS软件对比,前300阶固有频率最大偏差为0.62%,在计算区间的位移响应最大偏差为3.45%。然后研究了标准差为0.01的随机失谐现象,最大位移幅值响应曲线的带宽从谐调时的2Hz左右扩展为10Hz左右,振动出现了明显的局部化现象,表明失谐容易使叶片过早出现高周疲劳,严重影响了叶片的安全性。本研究获得的随机失谐自由叶片振动特性分析结论,可以为整圈叶片在实际气流激振力作用下的振动安全性考核提供参考。     

航空发动机转子叶片损伤特征分析

利用计算机辅助设计软件UG,建立了发动机压气机转子外物损伤叶片的实体模型;采用有限元分析软件ANSYS对叶片进行模态分析,得到了叶片前六阶固有频率随损伤位置、损伤半径的变化规律。最后,通过涡流激振试验测量相应损伤程度下叶片的一阶固有频率,验证了模型的适用性。所得结论为提高发动机可靠性提供了一定的理论参考。     

铺层材料单层厚度对风力机叶片低阶模态频率的影响分析

针对大型风力机叶片铺层材料单层厚度对叶片模态频率的影响作用,对铺层材料单层厚度间的耦合机制进行研究。采用Box-Behnken法设计实验,建立叶片铺层单层厚度与其第一阶模态频率间的响应面模型,揭示叶片不同铺层材料单层厚度对模态频率的影响规律。以叶片前两阶模态频率为优化目标、以铺层材料单层厚度为设计变量建立优化数学模型,并采用遗传算法与有限元法结合进行全局寻优。以某企业1.5 MW叶片为算例,结果表明,优化后叶片第一阶挥舞、摆振频率均提高了0.07 Hz。     

大型风力机叶片模态测试与分析

利用建成的大型风力机叶片的振动特性分析装置,用测力法和不测力法对风力机叶片进行模态试验及分析,测试了风力机叶片的模态参数（固有频率、阻尼和振型）,得到了叶片的振动特性。采用共振法将偏心电机和变频器连成一体作为激励源测试了叶片的固有频率,实验验证了单叶片的危险运行频率。对大型风力机叶片模态试验及分析提供了可靠的实验装置和试验方法,对风力机叶片动力学特性分析提供有力工具。     

识别运行状态下内燃机曲轴角振动模态参数的新方法

提出了基于停缸法识别运行状态内燃机曲轴角振动模态参数的一种新方法。基于线性叠加原理,将某缸单独工作引起的测点角振动表示成多个模态角振动的叠加,并推导出当曲轴在该缸的某谐次简谐力矩作用下发生某一种振型的振动时,此时测点角振动近似表现为该模态角振动。对某6240柴油机的仿真研究结果表明:利用停缸法得到的测点角振动位移频响曲线,可识别内燃机曲轴角振动第1、2阶模态参数(固有频率、阻尼比和振型),且各阶模态振型和固有频率与自由振动计算结果相当接近,最大误差仅为2%。     

水平轴风力机叶片的截面与动力特性分析

风力机叶片在旋转过程中受重力和离心力作用,产生动力刚化导致固有频率增加。文章以NRELPhase VI风力机叶片为对象,在其内部分别添加圆形腹板、单腹板和双腹板,建立3种不同截面的叶片三维模型,并结合复合材料对叶片铺层进行动力学分析。结果表明,叶片采用的铺层方案能有效避免共振,并且3种叶片模型的重量均接近叶片的真实值。在额定转速下,3种腹板叶片的一阶频率增量随腹板的厚度增加而增加,但在两倍额定转速时,单腹板和圆形腹板的一阶频率增量随腹板厚度增加而减少;同时,腹板中的双轴向玻璃布材料以±45°铺设时,一阶固有频率最大,而由动力刚化引起的一阶频率增量较其他角度小。     

风电机组混合塔架结构阻尼比的研究

混合塔架作为风电机组广泛应用的一种高塔架形式,其结构模态阻尼比精度对塔架载荷和成本有着重要影响。基于以材料阻尼比作为输入求解风电机组混合塔架结构阻尼比的有限元分析方法,计算出140 m混合塔架第1阶模态阻尼比为0.96%。为验证该方法的正确性,通过测量阻尼性能差异较大的有机玻璃单件、钢板单件的材料阻尼比,以及有机玻璃与钢板组件的模态阻尼比,以测量的材料阻尼比作为输入开展了有机玻璃与钢板组件模态阻尼比的有限元分析。有限元求解与试验测试的1阶模态阻尼比结果分别为0.570%和0.589%,两者相差3.33%。结果表明,以材料阻尼比作为输入计算混合塔架模态阻尼比的有限元分析方法是正确的。     

E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料拉伸与模态特性分析

对小型风力机叶片铺层结构所用的E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料进行拉伸试验与试验模态分析,对比分析不同种类纤维的拉伸强度、破坏形态与弹性模量等抗拉性能与模态特性,得出以下结论:根据拉伸强度、破坏形态与弹性模量得出单轴向0°层合板的抗拉性能更好;随着层数增加,单轴向0°纤维布对挥舞固有频率的影响最大,双轴向±45°纤维布对扭转固有频率的影响最大;层数与铺设角度对一阶挥舞、扭转振型影响较小;小型风力机风轮的转速较高,可铺设更多的单轴向0°纤维布,以改变其模态特性;为初步探究单层、多层板模态参数间的关联性,分析得出铺层顺序的变化对层合板固有频率的影响最大值为1.45 Hz,并为E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料钢叶片的生产与研究提供基础理论依据。     

模态分析法在汽轮机叶片振动测量中的应用

应用模态分析法的基本原理和使用方法,对汽轮机610mm扭转叶片进行工模态分析试验。给出了该叶片1～6阶固有频率下的模态,对该叶片的振动特性分析提供了依据。此外,还分析讨论了该级叶片断裂事故的原因。     

航空发动机转子叶片损伤评定实验研究

针对发动机叶片损伤的评定,通过低压压气机二级转子叶片的涡流激振试验,在叶片振动状态下用扫频法测试叶片一阶固有频率;在叶片进气边不同位置预制不同半径的损伤,得到了不同损伤位置、损伤半径下叶片一阶固有频率,并利用BP神经网络方法对损伤和评定参数之间的非线形关系进行了评定,初步验证了理论分析结果,进行了损伤预测。     

5 MW风力机叶片模态特性分析

为了研究叶片铺层和主梁形式对大型自适应叶片动态特性的影响,利用Ansys软件建立了5 MW风力机叶片的有限元模型.对不同梁帽铺层角度和主梁形式的叶片进行了模态分析,给出了各模型的前十阶固有频率和振型,分析了叶片梁帽铺层角度、主梁形式和转速对风力机叶片固有频率的影响.结果表明：叶片梁帽铺层角度和叶片主梁形式对固有频率具有重要影响;在叶片的弯扭耦合设计过程中,要考虑设计参数对叶片模态特性的影响,以避免叶片发生振动性能失效.     

基于SMA的大型风力机叶片振动被动控制研究

将SMA粘贴在大型风力机叶片的表面形成新的智能叶片结构,并探讨伪弹性SMA对叶片的振动抑制效果。采用SolidWorks与Excel软件相结合的方法建立风力机叶片三维壳体模型,基于ANSYS ACP模块对含SMA的复合材料叶片进行铺层设计,并验证该模型;考虑叶片的弯扭耦合效应及重力影响,基于有限元理论建立含SMA的运动学方程,采用模态叠加法求解其静态响应、谐响应及随机振动。分析结果表明：由于SMA的存在,不同静态载荷作用下,SMA的应力-应变之间均形成封闭的滞后环;将叶片的固有频率移向更高的频率,各阶模态对应的振幅明显降低。在振动能量带宽0.5~2.4 Hz的范围内,含有SMA层强化的风力机叶片振动能量响应值降低更为显著。     

某两缸柴油机增压器的布置结构优化

针对增压器涡轮外壳出现裂纹的故障,通过ANSYS结构动力学分析,得知增压器系统前2阶固有频率在发动机的激振频率范围内,存在系统共振,是故障的主要原因。为提高系统固有频率,设计了2个优化方案。通过模态分析及可靠性试验,结果表明:最优方案的一阶固有频率提高了98%,达到设计目标,且零件通过了可靠性试验的考核。     

船用汽轮机支撑结构热力学及模态分析

针对某型低压汽轮机支撑结构的共振问题,利用ANSYS平台建立三维模型,采用数值计算的方法开展模态分析.计算得到该支撑结构冷态8阶固有频率及对应振型,分析了温度场对模态的影响机理.研究表明:冷态计算1～8阶共振频率分布于18.57～147.41 Hz之间,最大振幅极值出现在第5阶模态,达到了 22.49 mm位移幅度;在...     

单点疲劳载荷作用下的风电叶片振动特性研究

设计一套风电叶片单点疲劳加载系统,基于拉格朗日方程推导出单点疲劳载荷作用下的风电叶片振动数学模型,得到影响叶片振动特性的一系列因素。以一阶固有频率为0.92 Hz的风电叶片为被控对象,利用Matlab/Simulink软件建立仿真模型,得到不同加载频率下风电叶片的振动特性。当加载频率为0.80、0.85 Hz时,加载点振幅均小于300 mm;当加载频率增大到0.95 Hz时,振幅达到较大值,约为400 mm,近似发生共振,能满足疲劳试验要求;当加载频率继续增大到1.00 Hz和1.20 Hz时,振幅反而衰减到220 mm和100 mm。最后进行单点疲劳加载试验,得出试验结果和仿真结果规律基本吻合,验证了数学模型和仿真模型的准确性。     

柴油机机体模态分析与试验验证

建立某直列四缸柴油机机体三维模型,对其进行自由模态有限元分析,并提取前5阶机体的固有频率及对应的振型,分析机体各频率范围内的振动规律和抗振薄弱区。为了验证有限元分析模型的准确性,对机体进行自由悬挂试验模态分析。对比结果表明,计算和试验的低阶振型基本一致,固有频率最大相对误差为6.3%,说明有限元模型具有较高的精度,可以作为后续优化和动力学分析之用。