关键几何尺寸对转子叶片疲劳可靠性的影响

基于改进的一次二阶矩法,利用线弹性随机有限元分析和局部应力应变法,考虑几何尺寸随机性进行转子叶片结构疲劳寿命可靠性的数值分析.根据榫头喉部关键尺寸的随机特性确定应力的统计特性,然后采用一种等概率方法,通过确定性数值计算得到叶片寿命的概率密度、均值和变异系数,讨论榫头喉部几何尺寸的随机性对危险点寿命可靠度的影响.     

基于NESSUS的兆瓦级永磁直驱风力发电机轮毂可靠性分析

轮毂的结构可靠性对于保障整套风力发电机系统的可靠性具有重要的作用。以1.5MW永磁直驱风力发电机的轮毂作为研究对象,利用有限元软件对其进行初步的静力分析,验证其强度安全。考虑轮毂材料力学属性的随机性以及工作载荷的随机性,将材料属性参数(弹性模量Ex、泊松比Prxy、屈服强度σS)以及各叶片叶根工作载荷参数作为随机变量引入到极限状态方程中。利用专门的可靠性分析软件NESSUS联合ANSYS的静力分析模型对轮毂结构强度进行可靠性分析,最终得到轮毂的结构可靠性指标以及各影响参数的灵敏度指标。     

基于等强度理论压气机轮盘结构优化分析

为降低航空发动机轮盘的质量,提高发动机推质比,基于等强度轮盘结构,对发动机轮盘进行参数化结构优化设计.运用理论分析方法与有限元软件ANSYS仿真相结合,计算轮盘径向/周向最大应力.然后以节点最大等效应力满足许用安全系数为约束条件,以体积最小为优化目标函数运用ANSYS一阶优化方法对初始轮盘进行结构优化.优化后的轮盘在保证满足强度设计的前提下,体积可减少27％,相应的也减轻了轮盘质量,提高了发动机的推质比.同时论文的研究方法可为发动机轮盘结构优化设计提供参考.     

基于等强度理论压气机轮盘结构优化分析

为降低航空发动机轮盘的质量,提高发动机推质比,基于等强度轮盘结构,对发动机轮盘进行参数化结构优化设计.运用理论分析方法与有限元软件ANSYS仿真相结合,计算轮盘径向/周向最大应力.然后以节点最大等效应力满足许用安全系数为约束条件,以体积最小为优化目标函数运用ANSYS一阶优化方法对初始轮盘进行结构优化.优化后的轮盘在保证满足强度设计的前提下,体积可减少27％,相应的也减轻了轮盘质量,提高了发动机的推质比.同时论文的研究方法可为发动机轮盘结构优化设计提供参考.     

航空发动机高压涡轮转子试验段静强度研究

首先,利用有限元分析软件对某型航空燃气涡轮发动机的高压涡轮转子超转、破裂试验段进行了静强度计算,得到了转子中各轮盘及转接段的应力、变形分布及其强度薄弱部位;其次,根据有限元计算的结果和对应的材料特性,按照相关的应力评定准则对轮盘及转接段的强度储备进行了评定;然后,对盘类零件之间连接时的变形协调性进行了研究,并给出了此类零件连接时的设计方法;最后,对高压涡轮转子在试验段状态下和发动机状态下的变形协调性进行了对比分析,校核了转接段设计的合理性。本文建立了航空发动机涡轮转子超转、破裂试验前的强度评估流程,以确保此类试验能够安全进行。     

复本材料与金属榫槽粘接结构强度可靠性分析

采用有限单元法分析复合材料榫槽粘接结构应力分布,确定结构上强度危险区域,发现结构薄弱区域位于胶层上.考虑由于加工工艺引起的结构胶层厚度及胶粘剂材料参数的不确定性,将胶层厚度及胶粘剂材料参数作为随机变量,分别采用Monte-Carlo法、二次响应面法、改进的一次二阶矩法和重要抽样法,借助有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对榫槽结构进行强度可靠性分析.几种可靠性分析方法分析结果发现:在计算结果近似相等的情况下,蒙特卡罗法计算时间明显长于其他可靠性分析方法,而且二次响应面法和重要抽样法计算结果更接近于蒙特卡罗法计算结果.因此,使用二次响应面法和重要抽样法对结构进行可靠性分析不但可以保证精度,也可以节省计算时间.     

基于PDEM的台风作用下柱式隔离开关随机可靠性及失效风险分析

为评估柱式隔离开关在台风过程中的结构失效风险,考虑了风场和材料抗力的随机性,建立了隔离开关结构随机可靠性高效求解模型。首先,基于功率谱密度模型,考虑了地面粗糙度、平均风速和分界波数的随机性,给出了台风的随机场模型;其次,利用Abaqus有限元分析软件,建立了隔离开关结构的三维结构力学分析模型。同时,基于概率密度演化(Probability Density Evolution Model, PDEM)理论,给出了结构目标变量的概率密度函数计算方法;最后,采用Matlab-Abaqus进行联合模拟分析计算,实现了隔离开关结构可靠性的高效求解。结果表明,隔离开关绝缘支柱底部的极限应力为结构控制参数,风场和材料抗力的随机性对结构易损性曲线影响显著,设计过程中应控制材料抗力层次的随机性。     

卧螺离心机螺旋输送器结构强度的参数化分析

为指导卧螺离心机螺旋输送器关键参数的确定与结构的优化,应用有限元分析软件ANSYS建立了螺旋输送器的参数化三维有限元模型,进行结构强度分析和转子模态分析,发现螺旋输送器为刚性转子,应力最大值出现在圆柱段叶片根部,径向最大位移出现在圆柱段螺旋叶片外缘.进一步分析了叶片厚度和半锥角等参数对转子结构强度和固有特性的影响,参数化分析结果表明,随螺旋叶片壁厚的减薄,应力强度和径向位移量均呈增大趋势,增大半锥角会造成总体应力强度值的提高.     

基于RADIOSS的联轴器结构仿真研究

有限元方法和软件在结构分析中占据了极其重要的位置.利用HyperMesh为前处理建立了以六面体单元为基础的有限元模型.重点考虑弹性体的建模,模拟联轴器系统的实际工况.使用RADIOSS求解器对螺钉和橡胶弹性体的应力、应变进行了有限元计算,评价了零件的强度、刚度等指标.     

船用汽轮机转子盘轴耦合振动特性研究

基于小长径比建模理论,建立了盘轴耦合转子的有限元模型,并对采用工程实际的斜切方式和轮盘单元等不同建模方法下船用汽轮机转子的振动特性进行了分析,给出了较为系统的、适用于小长径比、短粗转子等结构的建模方法对转子系统振动特性的影响规律。不同的建模方法会对转子盘轴耦合振动特性计算结果有显著影响。轮盘单元会使得转子轴承系统出现附加的振型,表现为轮盘与转轴的耦合模态振型,轮盘单元建模的计算方法能准确描述盘轴耦合转子的振动特性。研究结果表明,对于厚度较大的轮盘,轮盘对转子耦合振动的影响较小,工程常用的斜切建模会引入附加刚度,引起较大求解误差,且这种误差随着轮盘厚度的减小而逐渐降低。     

转子-轴承系统临界转速的有限元仿真分析

基于ANSYS有限元分析软件,建立了转子-轴承系统有限元线性模型,并考虑了转子的陀螺效应,通过多次模态求解,得到转子系统的Campbell（坎贝尔）图,进而得到转子系统的临界转速;探讨了转子临界转速与轴承支承刚度、转盘质量、转轴直径及转轴长度的变化规律;为转子一轴承系统的优化设计与检测提供了数据参考。     

ELID磨削氧化膜控制方案的设计与研究

微处理器为处理控制单元,通过ELID精密磨削技术对金属基砂轮进行在线修整,改变砂轮氧化膜厚度,从而调整ELID磨削状态.该方案自动处理数据,判断磨削膜厚状态,改变电解电源参数,使砂轮始终保持锋利状态.此方法实现磨削过程无人控制,砂轮连续自动修整,消除传统磨削加工停机修整砂轮的弊端,提高磨削效率,减少砂轮过快损耗.     

Minimum Film Thickness in a Gas Foil Journal Bearing with an Unbalanced Rotor

A gas-lubricated foil journal bearing consists of a compliant metal shell structure that supports a rigid journal or rotor by means of a gas film. The response of this system to the periodic forces of an unbalanced rotor supported by a single bearing is predicted using perturbation analysis. The foil structure and the gas film are modeled with an analytically perturbed finite element approach to predict the rotor dynamic coefficients. A dynamic model of the rotor is used to predict periodic journal motion. The perturbation analysis is then used with the periodic response of the rotor to calculate periodic changes in the gas film thickness. Other quantities such as the gas film pressure and the foil deflection can also be calculated. The model includes bending and membrane effects in the top foil, coupled radial and circumferential deflections in the corrugated sub-foil, and the equivalent viscous dissipation of Coulomb friction effects in the foil structure. The approach is used to investigate the effects of top-foil thickness on minimum film thickness in a bearing.     

单片DLP色轮采用磁轴承支承的研究

阐述了单片DLP投影机色轮运行和磁轴承的基本原理,对磁轴承技术在色轮驱动系统的应用进行了研究,采用一个主动型轴向磁轴承和两个被动型径向磁轴承来实现色轮转子的五自由度悬浮.基于色轮转子的重量与转速,设计出了磁悬浮轴承的参数,并利用有限元分析软件ANSYS对设计结果进行了仿真.     

轮盘质量和位置对转子临界转速灵敏度分析

为提高火电机组效率,降低污染物排放量,汽轮机组在通流改造中级数有所变化,使转子质量和质心位置发生改变,导致转子临界转速变化,对运行造成一定影响。针对此问题,利用试验测量了不同轮盘质量和位置的转子临界转速,并与理论计算结果进行了比较分析,引入灵敏度分析方法分析了轮盘质量和位置变化对汽轮机转子临界转速的影响。试验研究得出了与理论分析吻合的结论,即转子临界转速随着轮盘质量的增加而减小,随着轮盘偏置量的增加而增加。轮盘偏置量对临界转速的灵敏度系数在0.25~2.4之间,偏置量越大,灵敏度系数越大;质量对临界转速的灵敏度系数在-0.35~-0.001之间,质量增加比例越大,灵敏度系数越小;偏置量对临界转速的影响远远大于质量的影响,大约是7~10倍;同一质量轮盘偏置量大于40%,对转子临界转速改变量较明显;同一偏置位置,质量增加量小于50%,对转子临界转速改变量较明显。这些结论为解决现场汽轮机转子临界转速的调整起到了借鉴作用。     

永磁型电主轴多频率振动的主动控制

为了有效抑制由砂轮质量不平衡及外部干扰引起的永磁型电主轴转子系统砂轮端的多频率成分振动,在无轴承永磁电机径向磁悬浮力产生原理的基础上,提出了一种基于最小方差快捷分块(FBLMS)的自适应滤波的永磁型双绕组电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制方案。首先研究了双绕组永磁型电主轴结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了永磁型电主轴柔性转子系统的动力学模型,分析了控制电流的不同成分对永磁体涡流损耗及电机定子铁损的影响,设计了永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制系统,结果表明,提出的永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动控制方案具有明显的控制效果。     

爬壁机器人结构优化设计与吸附力分析

为适应油罐外壁危险作业需要,设计了一款具有有效吸附力和灵活移动能力的新型轮式永磁吸附爬壁机器人。为满足爬壁机器人吸附力平稳并具有负载能力的要求,对爬壁机器人进行静力学分析和动力学建模,得到爬壁机器人在壁面运行的安全吸附力,以保证不发生滑移和倾覆。利用有限元软件分析了磁吸附系统磁铁与壁面间距离、轭铁厚度和磁铁之间距离等结构参数对吸附力的影响规律,并获得最佳结构尺寸。通过实验装置对吸附力进行验证,结果表明实验结果与仿真结果的变化趋势基本一致,为后续的模型制作和改进提供了参考。     

阶梯变厚度齿轮的横向弯曲振动

针对含轮毂、腹板、轮缘的齿轮结构特点,将其简化为一阶梯变厚度环板,应用Mindlin中厚板理论推导了他横向弯曲振动的频率方程,求得了固有频率,计算结果与有限元模态分析结果非常吻合。并通过大量算例分析了影响计算精度的主要因素是齿轮的厚径比和轮毂与腹板的厚度之比,在中厚板理论适用范围内(厚径比小于0.5)及轮毂与腹板厚度比小于2的情况下,本文理论计算可以获得很高精度。     

Investigation of Induced Unbalance Magnitude on Dynamic Characteristics of High-speed Turbocharger with Floating Ring Bearings

Due to operational wear and uneven carbon absorption in compressor and turbine wheels, the unbalance (me) vibration is induced and could lead to sub-synchronous vibration accidents for high-speed turbocharger (TC). There are very few research works that focus on the magnitude effects on such induced unbalance vibration. In this paper, a finite element model (FEM) is developed to characterize a realistic automotive TC rotor with floating ring bearings (FRBs). The nonlinear dynamic responses of the TC rotor system with different levels of induced unbalance magnitude in compressor and turbine wheels are calculated. From the results of waterfall and response spectral intensity plots, the bifurcation and instability phenomena depend on unbalance magnitude during the startup of TC. The sub-synchronous component 0.12× caused rotor unstable is the dominant frequency for small induced unbalance. The nonlinear effects of induced unbalance in the turbine wheel is obvious stronger than the compressor wheel. As the unbalance magnitude increases from 0.05 g·mm to 0.2 g·mm, the vibration component changes from mainly 0.12× to synchronous vibration 1×. When unbalance increases continuously, the rotor vibration response amplitude is rapidly growing and the 1× caused by the large unbalance excitation becomes the dominant frequency. A suitable un-balance magnitude of turbine wheel and compressor wheel for the high-speed TC rotor with FRBs is proposed: the value of induced un-balance magnitude should be kept around 0.2 g·mm.     

Modelica-based object-orient modeling of rotor system with multi-faults

Modelica-based object-orient method is proved to be rapid, accurate and easy to modify, which is suitable for prototype modeling and simulation of rotor system, whose parameters need to be modified frequently. Classical non-object-orient method appears to be inefficient because the code is difficult to modify and reuse. An adequate library for object-orient modeling of rotor system with multi-faults is established, a comparison with non-object-orient method on Jeffcott rotor system and a case study on turbo expander with multi-faults are implemented. The relative tolerance between object-orient method and non-object-orient is less than 0.03%, which proves that these two methods are as accurate as each other. Object-orient modeling and simulation is implemented on turbo expander with crack, rub-impact, pedestal looseness and multi-faults simultaneously. It can be conclude from the case study that when acting on compress side of turbo expander separately, expand wheel is not influenced greatly by crack fault, the existence of rub-impact fault forces expand wheel into quasi-periodic motion and the orbit of expand wheel is deformed and enhanced almost 1.5 times due to pedestal looseness. When acting simultaneously, multi-faults cannot be totally decomposed but can be diagnosed from the feature of vibration. Object-orient method can enhance the efficiency of modeling and simulation of rotor system with multi-faults, which provides an efficient method on prototype modeling and simulation.