汽轮机低压扭叶片强度和振动的可靠性分析

针对汽轮机和整个电站的安全工作问题,对汽轮机动叶片进行了安全可靠性分析,以某汽轮机低压扭叶片为例,研究了其强度振动可靠性。首先确定了叶片材料、转速以及蒸汽流量等随机变量的分布类型,同时采用了确定性有限元分析法、二阶多项式响应面法和Monte-Carlo模拟法相结合的方法,确定了低压扭叶片静强度、动强度及振动的可靠度;同时,研究了随机变量对强度和振动的概率敏感性。研究结果表明:静强度、动强度及振动可靠度分别为R=1.0,R=0.98,R=1.0,当同时考虑强度和振动失效模式时,叶片强度振动设计的可靠度R=0.98,未能达到99.73%的要求(±3σ准则);材料密度分散性对强度和振动影响最为明显,须对材料密度分散性进行严格控制。     

汽轮机叶片振动特性的三维有限元分析

提出汽轮机叶片静频和动频的计算方法，引入三维８节点非协调单元，建立了叶片的三维有限元分析模型，并考虑了长叶片几何非线性变形对频率的影响。最后对两个实际叶片的振动特性进行了计算分析，计算结果与试验结果吻合良好。     

亚临界和超临界汽轮机强度振动与寿命设计判据的研究

根据多年的科研成果提出了亚临界和超临界汽轮机部件的强度、振动与寿命的20个设计判据。给出了汽轮机的部件静强度、结构有限元分析、隔板刚度、低压缸刚度、汽轮机胀差、叶片动强度、整体围带叶片动强度、长叶片颤振、第一种调频叶片振动、第二种调频叶片振动、整圈连接叶片组振动、轴系临界转速、轴系油膜涡动的稳定性、不平衡响应、轴系扭振频率、轴系扭振应力、汽流激振、低周疲劳寿命、蠕变寿命和蠕变与低周疲劳交互作用下寿命等20个设计判据和这些设计判据的应用范围。使用这些设计判据,可以在设计阶段校核和分析汽轮机部件的强度、振动和寿命设计的安全性与可靠性,为大型汽轮机的研制和生产提供了科学的依据。     

某航空发动机压气机叶片振动分析

通过获取高精度点云数据实现高压压气机叶片数字化建模,采用不同方案拟合叶身曲面,建立了3种具有不同拟合精度的叶片实体模型,开展叶片振动试验验证模型可靠性。在叶片有限元振动研究中,进行叶片静频、动频和振动应力分析,得到典型工况下叶片的动态响应特性。分析发现,高转速工况下,3种模型高阶动频存在差异,模态振型及应力分布具有相对稳定性;开展叶片振动分析时,计算模型对叶片振动特性的还原度应作为数值研究的重要评价指标。研究结果为航空发动机叶片设计及其反求工程提供指导。     

风力发电机叶片振动特性有限元分析

风力发电机叶片是一种细长的弹性体结构,运行时容易发生振动和变形,严重影响风力发电机的平稳运行。运用有限元数值方法研究风力机叶片的振动特性,利用模态分析法研究了叶片的静频和动频特性,获得了叶片的前6阶振动频率和相应振型。表明挥舞和摆阵是叶片的主要振动形式;在一定来流风速和转速作用下对叶片进行有预应力的振动特性分析,获得了风速与转速的变化对叶片振动频率的影响规律。利用谐响应分析法研究在最大风压与转速作用下叶片的振动特性,获得了最大受迫载荷作用下,叶片位移频率响应的变化规律。     

基于响应面法的L型弯管概率可靠性及灵敏度研究

采用APDL语言对L型弯管进行参数化建模,将有限元法、响应面法和Monte-Carlo模拟法结合起来,通过有限元循环计算得到拟合响应面函数的样本,用含有交叉项的二次多项式对样本进行回归分析,得到响应变量(最大等效应力)和随机输入变量间的函数关系式,用此表达式来代替真实的响应面模型。通过输出响应变量的累计分布函数等相关数据,对L型弯管进行可靠性分析,通过对L型弯管进行灵敏度分析得出了对响应变量影响比较大的随机输入变量。     

涡轮增压器转子系统三维动力学特性分析

针对涡轮增压器转子系统,考虑陀螺力矩、转子叶轮刚度和转轴抗扭刚度的影响,建立三维分析模型,利用有限元法进行转子系统动力特性分析.开展转子系统临界转速的分析,通过传递矩阵法模型和有限元梁单元模型校验三维模型的有效性,结果表明集总质量法在简化带有较厚轮盘的转子结构时,会减小转子结构的抗弯刚度.开展转子系统不平衡质量动力响应分析,结果显示,转子系统存在着弯扭组合振动,且弯扭组合振动表现为一种非同步的半频激振现象;随着转速的升高,转子系统的弯扭组合振动现象越趋明显;在弯扭组合振动频率附近,转子振动形式为弯扭组合振动;而在其他涡动频率下,转子振动形式为弯曲振动.     

航空发动机压气机转子叶片频率转向特性研究

针对航空发动机压气机转子叶片的结构和工作特点,通过有限元方法对叶片进行模态分析,研究叶片的"频率转向"和"振型转换"现象,揭示了动频曲线转向趋势和振型耦合规律,并讨论了温度场对叶片"频率转向"特性的影响,分析叶片动频特性的详细变化规律,为叶片振动特性设计与考核提供了理论基础。     

齿轮系统振动响应信号调制边频带产生机理

齿轮传动系统的振动频率成分复杂多变,许多频率成分难于进行力学解释。建立定轴齿轮系统啮合点处的单自由度动力学模型,并将模型激励划分为线性激励和非线性激励,分别推导正常状态和平稳型故障下的频率响应特性及诱导因素。正常状态下,齿轮振动响应频率成分为啮合频率及其倍频,由齿轮受载后产生的静弹性变形位移和啮合动刚度共同诱发,并由非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率成分。平稳型故障下,响应频率成分除正常运行特有的频率成分外,还包括:故障齿轮转频及其倍频,由平稳型位移误差函数与系统参数作用产生的惯性激励力、阻尼激励力和弹性激励力共同诱发;啮合频率及其倍频两侧间隔为转频的调制边频带,是由位移误差函数与啮合动刚度产生的弹性激励力引起的,并经非线性反馈进一步形成更高阶啮合频率及调制边带。有限元仿真和试验均有效地验证了推导和分析的振动响应频率特征规律。     

汽轮机旋转部件振动可靠性设计的研究

本文介绍了汽轮机旋转部件的振动可靠性设计方法。该方法以机械概率设计法为基础,把汽轮机旋转部件的固有频率和激振力频率按照实际情况处理为随机变量,在设计阶段确定汽轮机旋转部件避开共振的可靠度。给出了汽轮机叶轮、叶片和转子振动可靠性设计方法以及某些部件振动可靠性设计的实例。     

隐式极限状态方程可靠性灵敏度四阶矩估算

将四阶矩方法与响应面方法相结合,提出一种适用于隐式极限状态方程的可靠性灵敏度四阶矩估算方法。该方法将可靠性灵敏度计算方法与有限元方法相结合,可以准确、快速地计算具有任意分布设计变量的复杂模型可靠性灵敏度,为复杂结构可靠性灵敏度计算提供了一种新思路。对曲柄滑块机构和压力容器管接头两个不同类型的数值算例进行了可靠性灵敏度计算,并采用Monte Carlo方法对计算结果进行了验证。结果表明,两种方法计算得到的可靠性差异很小,且四阶矩估算方法的计算效率远高于Monte Carlo方法的计算效率。     

结构可靠性分析的响应面方法比较研究

针对隐性功能函数下结构可靠性分析问题,将有限元数值分析(FEM)、响应面方法(RSM)和蒙特卡洛随机模拟(MCS)相结合,实现了隐性功能函数下结构可靠度的计算,其中响应面方法包括多项式响应面法(MRSM)和神经网络响应面法(ANN).以简支梁为例,阐明了该方法的具体实现过程,并以直接MonteCarlo模拟法计算结果作为相对精确解,对不同响应面法支持下的FEM-MRSM-MCS和FEM-ANN-MCS的计算结果进行了对比分析,得出两种响应面法均可满足工程要求,但在泛化能力和精度方面,神经网络响应面均优于多项式响应面,且神经网络响应面可以一次实现从多维空间向另一多维空间的映射,为多失效模式下隐性功能函数下复杂结构的可靠性分析提供了新的思路.     

基于ANSYS的双井抽油机机架结构可靠性分析

运用有限元软件ANSYS的APDL建立了双井抽油机机架结构有限元模型,利用其提供的蒙特卡罗法和响应面法对双井抽油机机架结构进行整体可靠性分析,结果表明机架结构合理可靠。从计算结果可得基于响应面的蒙特卡罗法的计算精度和计算效率都要优于传统的蒙特卡罗法,为今后利用现代方法设计抽油机机架起到了一个很好的引导作用。     

考虑基本变量模糊随机性的弹性连杆机构广义可靠性分析

对弹性连杆机构的基本变量既具有随机性又具有模糊性的情况下，提出模糊随机可靠性分析的广义响应面法，在弹性动力学（Kineto—elastodynamic，KED）分析的基础上，编制计算弹性连杆机构随时间变化的模糊随机广义失效概率的响应面法分析程序，并对弹性连杆机构的广义可靠性进行具体计算，得到连杆机构的强度、刚度及混合广义失效概率随时问的变化曲线。结果表明，广义响应面法与直接Monte Carlo法计算结果一致，从而为连杆机构的广义可靠性设计及分析提供依据。     

基于田口法和响应曲面法的旋转唇密封可靠性分析

基于有限元分析软件Abaqus建立旋转唇密封模型,计算得到其静态接触压力和径向变形影响系数矩阵,然后通过油封数值计算模型计算得到其泵吸率;在工况一定的情况下,分析理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚结构参数对密封性能的影响,并应用田口实验法进行正交试验设计,以信噪比作为衡量泵吸率稳定性的指标,得到影响密封可靠性的最佳参数组合;应用响应曲面分析,得到油封的极限状态方程,并通过蒙特卡洛法计算基于结构参数的油封可靠度。结果表明：各结构参数对泵吸率的影响排序依次是理论接触宽度、前唇角、后唇角、过盈量、腰厚;所研究油封的密封可靠度为0.999 87。     

计算机模拟与预测方法在材料科学研究中的应用

计算机模拟与预测方法在材料科学研究中得到愈来愈广泛的应用。针对材料研究的发展趋势,介绍了常用的有限元法、有限差分法、蒙特卡罗方法、分子动力学方法及人工神经网络方法等的特点,并列举了它们在材料研究开发中的应用。     

轧机主传动轴系扭振固有频率计算的有限元法

采用有限元法计算了直串式轴系和分支式轴系的扭振固有频率及其在冲击转矩作用下的转矩放大系数，与集中参数法的结果相比较，验证了用有限元法分析轴系扭振问题的可行性。最后使用有限元法计算了某钢厂冷轧机主传动轴系的扭振固有频率和转矩放大系数。     

Uncertainty analysis of deep drawing using surrogate model based probabilistic method

Deep drawing is an important manufacturing process in industry. In order to obtain high-quality products produced by deep drawing, the set of design variables used in forming operation is designed through deterministic optimization. However, in real forming process, the design variables show variability and randomness which will affect the product quality. These uncertainties are an inherent characteristic of nature and cannot be avoided. This paper focuses on uncertainty analysis of deep drawing with the consideration of uncertainties in material parameters and friction. An uncertainty analysis approach which combines the finite element method (FEM) simulation, surrogate modeling, and Monte Carlo simulation (MCS) is presented in this work. The constructed surrogate models are validated and compared by cross validation and error measures. Then Monte Carlos Simulation is conducted by the use of the constructed surrogate model. The surrogate model based probabilistic method used in this paper is an approach with high-efficiency and sufficient accuracy for uncertainty analysis in deep drawing.     

Reliability assessment of cutting tool life based on surrogate approximation methods

A novel reliability estimation approach to the cutting tools based on advanced approximation methods is proposed. Methods such as the stochastic response surface and surrogate modeling are tested, starting from a few sample points obtained through fundamental experiments and extending them to models able to estimate the tool wear as a function of the key process parameters. Subsequently, different reliability analysis methods are employed such as Monte Carlo simulations and first- and second-order reliability methods. In the present study, these reliability analysis methods are assessed for estimating the reliability of cutting tools. The results show that the proposed method is an efficient method for assessing the reliability of the cutting tool based on the minimum number of experimental results. Experimental verification for the case of high-speed turning confirms the findings of the present study for cutting tools under flank wear.     

基于人工神经网络的结构零件可靠度仿真方法

提出结构零件可靠度计算的人工神经网络－蒙特卡罗仿真算法,针对结构零件可行度计算问题,利用有限元计算方法,得到一组结构输入基本变量及输出响应数据,采用人工神经网络后向传播ＢＰ模型,建立结构的输入－输出关系,在该模型上,用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法进行结构零件可靠度仿真计算。算例表明,该方法正确可行。