失谐叶片-轮盘结构振动局部化的分析模型

叶片-轮盘结构失谐导致结构振动局部化和周期性丧失,使结构分析和研究过程对结构振动的分析模型提出了特殊的要求。对失谐叶片-轮盘结构分析模型的类型和特点进行了详细讨论。主要包括经典的分析模型,如集中参数模型、分布参数模型和有限元模型;传递函数模型,如直接传递函数模型和减缩传递函数模型;模态参数模型,如选择模态基模型、约束界面模态基模型和复合约束模态基模型等。最后提出了今后应深入研究的问题。     

大型风电叶片的结构分析和测试

文章使用FOCUS软件对某兆瓦级叶片进行建模和结构分析,并与试验叶片的重量、模态、静力结果进行对比。结果表明,叶片重量的计算值与实测值偏差0.1%,频率的计算值与实测值最大偏差-4.6%,位移的计算值与实测值最大偏差5.08%,应变的计算值与实测值最大偏差-7.61%,均符合GL2010规范中的要求。叶片重量、频率、位移、应变的计算值和试验值高度吻合,验证了本方法的可靠性。     

汽轮机自带冠阻尼叶片强度与振动特性有限元分析

以某给水泵汽轮机自带冠叶片为研究对象,采用循环对称法建立汽轮机自带冠叶片—轮盘系统模型,利用有限元方法研究该叶片的应力分布及固有模态,将对汽轮机内部进行三维非定常流场分析得到的实际工况下气流激振力施加到叶片上,采用模态瞬态动力学方法分别研究系统在VWO(阀门全开)以及30%THA(热耗率验收)两种工况下的振动响应规律。研究表明:冠间阻尼使得整圈叶片在工作状态下处于整圈自锁状态,增大了系统原有刚度,可有效降低叶根以及轮盘槽的最大等效应力,避开"三重点"共振,使机组安全稳定地运行;冠间干摩擦阻尼结构能够消耗振动能量,使振动响应大幅度降低。两种工况下的计算结果对工程实际有一定参考价值。     

主振动与内振动联合作用下大型风电机组塔架-叶片耦合结构动力学分析

考虑大型风电机组塔架叶片耦合结构主振动与内振动联合作用,针对该结构的动力学响应,利用有限元软件Solidworks建立三维结构动力学模型,结合振动的位移-应变关系及势能理论,对其进行模态分析,重点分析在脉动风载荷作用下的动力响应情况。结果表明,大型风电机组塔架-叶片耦合结构正进动最大振幅为0.12 m,振幅随着载荷的增大而逐渐增加,反进动出现间歇性振荡。塔顶相位差没有出现急剧变化现象,均值为30 rad,能够消除同步运转带来的固定相位差。塔顶水平位移变化幅度较小,最大水平位移为0.55 m。该结果为大型风电机组运转过程中振动及脉动风载荷作用下的状态监测提供参考。     

燃气轮机失调叶盘系统的振动特性分析

叶片 /轮盘系统的周期对称性经常由于制造、材料 ,以及非均匀磨损和其它因素而被破坏 ,引起系统出现失调现象 ,表现为叶片结构特性的微小变化可能导致叶片振幅和响应的急剧增大。利用有限元通用程序的子结构技术 ,建立失调叶片 /轮盘耦合系统三维有限元模型 ,对一个有 1 6个叶片的叶片 /轮盘耦合系统进行了振动特性计算分析 ,给出了叶片分散度和耦合度对振动特性的影响。     

风力机风轮模态局部化的动力学机理与影响因素分析

该文对风力机叶片损伤导致风轮模态局部化的动力学机理与影响因素进行研究。首先从代数特征值角度,揭示模态局部化的动力学机理,发现结构产生模态局部化的主要原因是存在密集模态。其次,建立NREL 5 MW风轮结构的有限元模型,分析叶片失谐度、模态阶数和失谐位置对风力机风轮结构模态局部化的影响。结果表明：叶片损伤失谐会造成叶片的振型发生显著变化,产生模态局部化现象;同时在某些模态下,系统振动能量集中于损伤叶片,会加速叶片损伤,致使其产生疲劳破坏。因此在风力机结构设计时,需考虑模态局部化对风力机结构的动力学特性影响。     

考虑塔架和叶片动力耦合的随机风载下风机结构动响应分析

考虑叶片和塔架的动力耦合作用,建立了5 MW风机整体结构的有限元模型,计算其在随机风速下的动响应。为分析叶片和塔架的动力耦合对风机结构动响应的影响,计算比较了刚性支撑的叶片、简化的风机和整体风机3种模型在风载下的动响应位移和应力。计算结果表明:由于叶片和塔架的耦合作用,叶片的位移响应最大增加约20%,但是塔架的位移响应最大降低了约60%。文章还分析了叶片旋转过程中方位角对塔架位移响应的影响。在叶片的一个旋转周期内,塔架的响应幅值会有较大的波动,最大响应幅值约为最小响应幅值的3倍。     

汽轮机扭振作用下叶片响应及应力计算

建立了适用于汽轮发电机组轴系扭振与叶片振动耦合分析的转子-叶片耦合扭振模型,并将该模型应用于某国产600MW汽轮发电机组末级长叶片的分析计算中。基于该模型采用Riccati传递矩阵法和Newmark-β法相结合的方法得到轴系扭振故障时叶片的位移响应曲线,利用Ansys软件计算得到叶片位移-应力关系曲线,确定了叶片振动的危险截面,得到叶片危险点的应力历程,为转子和叶片的扭振疲劳寿命损耗在线分析和安全性评估奠定了基础。     

汽源内切换状态下流动诱导的汽轮机振动特性数值模拟

针对工业给水泵汽轮机汽源内切换状态下,周向非均匀蒸汽引起机组振动问题,应用ABAQUS软件进行了数值模拟。采用模态瞬态动力学分析方法,得到了转子系统的主要模态,对比了在不同调节方式、运行工况下调节级动叶及转子系统的瞬态响应。计算结果表明:调节方式与运行工况对调节级动叶的响应频率影响较小,且主要表现为低频响应;相比于低压蒸汽单独进汽VWO工况、低压蒸汽单独进汽30%THA工况和高低压蒸汽混合进汽30%THA工况,高低压混合进汽VWO工况三个方向振幅均最大;调节级轮盘受整圈调节级叶片气流力作用时,调节级轮盘与转轴的X向(轴向)响应频率不同,Y、Z方向的振动响应曲线基本相同;同一调节方式下,VWO工况监测点Y向振动峰值是30%THA工况的3. 7～3. 8倍。     

某燃气轮机叶片-轮盘耦合振动特性研究

首先介绍了循环对称结构固有特性的计算方法,在此基础上建立了叶片-轮盘耦合系统振动固有特性计算分析模型,并利用大型通用有限元分析软件ANSYS对某燃气轮机叶片-轮盘耦合结构进行分析计算。最后根据分析结果总结概括了叶盘耦合系统的振动特点,为其寿命及可靠性计算提供了数值依据。     

燃气轮机叶片轮盘振动特性分析

对燃气轮机关键部件－叶片轮盘的振动特性和叶片轮盘振动的国内外研究状况作一简要综述。涉及单只叶片振动、轮盘振动、叶片－轮盘耦合振动、带突肩和带冠叶片振动,以及共振和颤振等方面,同时给出了叶片和叶盘耦合系统振动特性计算分析的实例。     

基于压气机动静叶干涉的共振研究

燃气轮机压气机叶片在设计时需要进行共振考核,但由于激振力复杂,叶片产生共振的条件也不相同。考虑了动静叶的干涉扰动,得到一般气流压力脉动模型,然后在压力脉动作用下推导下游动叶受迫响应的解析解,从受迫响应的解中得出基于压力脉动特性的共振条件。最后利用某燃气轮机压气机叶片轮盘模型进行了验证,得到了与理论推导一致的结果。该共振条件基于动静叶数量和动叶轮盘模态特性关系,揭示了阶次激励作用下叶片轮盘耦合振动存在更多可能出现的共振点,在设计阶段需要注意避开这些共振点,控制叶片振动,保证叶片安全运行。     

叶片模态振型对汽流激振力的响应特性分析

从模态力的角度研究了叶片模态振型对汽流激振动力的响应特性,阐明了模态力的物理意义,给出了自由叶片,成组叶片和整圈连接叶片模态力的表达式,计算并分析了６８０ｍｍ叶片的模态力。     

船用柴油机油底壳薄壁结构低噪声设计方法研究

船用柴油机油底壳尺寸大、壁厚薄,导致其模态频率低、局部振动响应大。针对油底壳结构声学优化设计进行研究。首先建立了多目标优化函数,将油底壳实测振动速度作为计算激励力输入,对油底壳横截面、内部横隔板、纵隔板、角钢等进行结构优化设计。优化结果显示:在油底壳部件尺寸不变的情况下,其第一阶模态由56.6 Hz上升至122.71 Hz;振动速度响应由22.5(mm·s-1)降至10.5(mm·s-1),显著改善了油底壳的刚度和振动响应特性。     

汽轮发电机组转子—轮盘—叶片系统耦合扭转振动研究

在传统的汽轮发电机转子系统强度及振动计算中,转子,叶片是分开考虑的,忽略了相互间的耦合作用,随着大扭曲长叶片的普遍采用,进行精胡的转子－轮盘－叶片耦合拓动分析对防止叶片,轮盘,转子事故已很有必要,本文提出了一种转子,轮系耦合扭转振动的分析方法,将耦合系统分为主部件转子和分支部件轮盘－叶片系统,分支部件的各阶模态可简化为等效的质量－弹簧系统,这样可以将原来大规模耦合振动系统降阶为低阶等效的小规模耦保系统,进而求出其频率和振型。     

计算汽轮机叶片动应力的谐响应分析法

将谐响应分析法应用于汽轮机叶片的动应力分析。首先用有限元方法对汽轮机叶片进行模型简化并计算出叶片的动频，然后应用模态叠加谐响应分析计算出叶片位移的动态响应，进而对位移动态响应进行扩展分析求得叶片的动应力。     

复杂工况下大型风力机动响应计算方法研究

为了获得水平轴风力机在时变载荷作用下的动态响应,提出一种基于模态叠加法的复杂工况下风力机整机动态响应分析计算流程。在动响应计算中,采用叶素动量定理计算风力机叶片在各个运行工况下的时变载荷,并建立风力机整机结构有限元模型;以叶片动载荷为激励,运用模态叠加法对风力机的动态响应进行分析。搭建实验室规模的风力机动响应测试平台,通过测试结果与数值分析结果的对比分析,表明该文分析流程的正确性。以陆地2 MW大型风力机为研究对象,运用该文所提出的计算方法对风力机系统的动态响应进行分析,得到不同风况下轮毂的位移动响应时域历程,对激励中各频率成分对结构动响应的影响进行分析。结果表明,在湍流风的作用下风力机的横向位移会产生大幅波动;在强阵风作用下风力机轮毂振动加剧,振幅最大增加179.52%,在风力机结构设计时应给予一定重视。     

大型风电机组塔架-叶片耦合振动对风力机柔性多体系统稳定性的影响

针对大型风电机组塔架-叶片耦合振动引起的风力机柔性多体系统稳定性问题,利用刚体有限元法对塔架-叶片耦合结构进行建模,并考虑塔架的结构参数对系统稳定性产生的影响,计算系统及各部件的自然频率,对风电机组塔架-叶片耦合结构进行振动分析。采用谐波合成法产生的气动载荷,对塔架-叶片耦合结构进行风振响应分析,从而得出塔架-叶片耦合振动及结构参数对于风力机柔性多体系统的影响。结果表明,塔架截面惯性矩与系统的自然频率呈非线性关系,1阶弯曲频率曲线最大值对应的塔架截面惯性矩为21 m~4,频率为1.25 Hz;振动最大位移量为0.85 m,发生在一阶屈服频率;塔架高径比最大值为26,自然频率最大值为5 Hz。该结果说明塔架结构参数变化及塔架-叶片耦合振动位移对风力机柔性多体系统稳定性产生一定的影响,从而为大型风电机组正常运行提供一定参考价值。     

某核电厂风冷器对称排列子风机共振特性

针对某在建核电厂6 000 k W级大型柴油发电机组风冷器的轴流风机振动超标缺陷,研究并治理风机振动故障。通过振动测量与频谱分析,发现子风机体的主要振动频谱成分为12.5 Hz,对应风机的旋转频率12.33 Hz。对风机-支承系统进行模态测量与模态分析可知,12.5 Hz的振动分量接近风机-支承系统的第二阶固有频率13.6 Hz。研究认为导致风机振动超标的主要原因是支承刚度偏低,且风机旋转频率附近存在结构性共振。风机运行过程中振动剧烈并出现周期性振动波动现象,当风机由单机运行工况切换至风机组整体运行工况后,振动频谱中12.5 Hz分量的幅值显著增大。采取简单加固措施提高支承刚度后,风机的振动水平降至标准限值内。     

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。