改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构模态分析中的应用

在保证精度的条件下,为了提高航空发动机模态分析的计算效率,针对传统混合界面子结构模态综合法由于综合后还可能存在计算量大的问题,提出一种改进的混合界面子结构模态综合法。该方法将综合后的模型进一步减缩,同时在减缩过程中引入位移和力的双协调条件,保证了计算的准确性。采用该方法建立了叶片-轮盘的组合结构的参数化模型,对各个子结构建立有限元模型并综合求其模态,与整体结构有限元法相比,计算时间缩短了23.86%~35.74%,模态偏差不大于0.57%,而传统法,其计算时间缩短了14.63%~29.20%,模态偏差不超过0.49%,可见,在相同的工作环境且保证精度的条件下,该方法计算效率比传统混合界面子结构模态综合法有显著提高,尤其是在高阶模态求解时,计算效率提高的更加明显,为下一步的振动响应及组合结构的动态特性研究奠定了基础。     

基于ERSM涡轮盘径向变形的非线性动态概率分析

为了准确设计高压涡轮盘和叶尖间隙,从概率的角度进行了涡轮盘径向变形的分析。介绍了高精度高效率的非线性动态概率分析的极值响应面方法(Extremum Response Surface Method, ERSM),并建立了其数学模型。考虑材料属性和边界条件的非线性,以及热载荷和离心载荷的动态性,基于ERSM对涡轮盘径向变形进行了非线性动态概率分析,得到了输入输出参数的分布特征和影响涡轮盘径向动态变形的主要因素。最后,通过方法比较,验证了ERSM在保证计算精度的前提下能大大提高计算速度,节约计算时间,改善计算效率。为进行更有效的涡轮盘设计和优化,改善叶尖间隙设计和控制的合理性提供了有效依据。      

改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构动态特性分析中的应用

在保证精度的条件下,为了提高航空发动机动态特性分析的计算效率,针对传统混合界面子结构模态综合法(Hybrid interface substructural component modal synthesis method,HISCMSM)综合后还可能存在计算量大的问题,提出一种改进的HISCMSM。该方法将综合后的模型进一步减缩,建立了叶片+轮盘的组合结构的参数化模型,对各个子结构建立有限元模型(Finite element model,FEM)并综合求其模态和振型。与整体结构有限元法相比,计算时间缩短23.86%~35.74%,模态偏差不大于0.49%,而传统法,其计算时间缩短14.63%~29.20%,模态偏差不超过0.57%,可见,该方法计算效率比传统法有显著提高,尤其是在高价模态求解时,计算效率提高的更加明显,同时分析了谐调与失谐叶盘结构模态位移、模态应力和模态应变能的分布,发现叶盘结构失谐后其对称性被破坏,出现了局部化现象,且随着失谐幅值的增大,振动逐渐向少数叶片集中,局部化现象越来越明显,为下一步的动态响应以及概率分析奠定了基础。     

Distributed collaborative extremum response surface method for mechanical dynamic assembly reliability analysis

To make the dynamic assembly reliability analysis more effective for complex machinery of multi-object multi-discipline （MOMD）,distributed collaborative extremum response surface method （DCERSM） was proposed based on extremum response surface method （ERSM）.Firstly,the basic theories of the ERSM and DCERSM were investigated,and the strengths of DCERSM were proved theoretically.Secondly,the mathematical model of the DCERSM was established based upon extremum response surface function （ERSF）.Finally,this model was applied to the reliability analysis of blade-tip radial running clearance （BTRRC） of an aeroengine high pressure turbine （HPT） to verify its advantages.The results show that the DCERSM can not only reshape the possibility of the reliability analysis for the complex turbo machinery,but also greatly improve the computational speed,save the computational time and improve the computational efficiency while keeping the accuracy.Thus,the DCERSM is verified to be feasible and effective in the dynamic assembly reliability （DAR） analysis of complex machinery.Moreover,this method offers an useful insight for designing and optimizing the dynamic reliability of complex machinery.     

ICA在航空发动机振动信号盲源分离中的应用

研究了基于独立分量分析(independent component analysis,简称ICA)的发动机振动信号盲源分离技术,旨在将发动机振动信号按照不同的激振源进行分离。首先阐述了基于最大信噪比的盲源分离算法原理,通过对仿真信号进行分离,判断了分离输出信号与仿真信号的一致性,验证了该算法的可行性;然后将该算法与FFT分离法相结合,应用于某型双转子航空发动机高、低压转子实测振动信号盲源分离中,取得了很好的分离效果,表明应用ICA技术建立的基于最大信噪比的盲源分离算法具有迭代次数少、计算复杂度低、效果好及稳定等优点。     

改进FSVM在发动机振动故障融合分析中的应用

摘 要：对模糊支持向量机中的传统隶属度确定函数进行了改进,得到了紧密度隶属函数的模糊隶属度确定方法;针对航空发动机整机振动中多类故障诊断的特点,引入模糊隶属度函数建立了更有效地FSVM融合诊断的数学模型,并将该模型应用到航空发动机整机振动故障诊断中。计算结果显示：该方法不但具有较高的正确诊断率,而且也具有很强的抗噪声能力,从而为航空发动机整机振动故障分析提供了一种新方法。     

基于ERSM涡轮盘径向变形的非线性动态概率分析

为了准确设计高压涡轮盘和叶尖间隙,从概率的角度进行了涡轮盘径向变形的分析。介绍了高精度高效率的非线性动态概率分析的极值响应面方法(Extremum Response Surface Method, ERSM),并建立了其数学模型。考虑材料属性和边界条件的非线性,以及热载荷和离心载荷的动态性,基于ERSM对涡轮盘径向变形进行了非线性动态概率分析,得到了输入输出参数的分布特征和影响涡轮盘径向动态变形的主要因素。最后,通过方法比较,验证了ERSM在保证计算精度的前提下能大大提高计算速度,节约计算时间,改善计算效率。为进行更有效的涡轮盘设计和优化,改善叶尖间隙设计和控制的合理性提供了有效依据。      

航空发动机叶片的极值响应面法可靠性分析

为了研究离心力和重力对航空发动机叶片可靠性的影响,采用有限元法和极值响应面法对某航空发动机叶片进行了可靠性分析.考虑离心力和重力作用,计算并找到了叶片的最大位移点和最大应力点;以叶片的转速、材料密度和重力加速度作为随机输入变量,并将最大位移点和最大应力点作为可靠性分析的对象,基于蒙特卡洛法抽样拟合极值响应面方程;对极值响应面方程进行大规模仿真,完成叶片可靠性分析,得到了叶片的可靠性概率和影响位移及应力的随机变量灵敏度.结果表明:叶片的最大位移和最大应力可靠性概率满足基本设计要求;同时得出了影响叶片可靠性分析的主次因素依次为转速、材料密度和重力加速度.     

Reliability and sensitivity analyses of HPT blade-tip radial running clearance using multiply response surface model

To reasonably design the blade-tip radial running clearance（BTRRC） of high pressure turbine and improve the performance and reliability of gas turbine, the multi-object multi-discipline reliability sensitivity analysis of BTRRC was accomplished from a probabilistic prospective by considering nonlinear material attributes and dynamic loads. Firstly, multiply response surface model（MRSM） was proposed and the mathematical model of this method was established based on quadratic function. Secondly, the BTRRC was decomposed into three sub-components（turbine disk, blade and casing）, and then the single response surface functions（SRSFs） of three structures were built in line with the basic idea of MRSM. Thirdly, the response surface function（MRSM） of BTRRC was reshaped by coordinating SRSFs. From the analysis, it is acquired to probabilistic distribution characteristics of input-output variables, failure probabilities of blade-tip clearance under different static blade-tip clearances δ and major factors impacting BTRRC. Considering the reliability and efficiency of gas turbine, δ=1.87 mm is an optimally acceptable option for rational BTRRC. Through the comparison of three analysis methods（Monte Carlo method, traditional response surface method and MRSM）, the results show that MRSM has higher accuracy and higher efficiency in reliability sensitivity analysis of BTRRC. These strengths are likely to become more prominent with the increasing times of simulations. The present study offers an effective and promising approach for reliability sensitivity analysis and optimal design of complex dynamic assembly relationship.     

基于支持向量机的转子振动故障融合诊断技术

针对某些大型复杂旋转机械振动信号特征提取和故障样本获取难的问题,提出了一种基于小波包特征谱熵支持向量机（SVM）的转子振动故障融合诊断方法.通过转子实验台模拟了转子振动的4种典型故障,并采集其振动故障数据.用小波包对振动故障信号进行分解,提取故障信息含量大的频带并计算出其小波特征谱熵作为故障特征,建立故障诊断模型.通过对故障类别的区分和故障严重程度的判断,验证了该方法在解决转子振动故障信号的特征提取及小样本情况下的故障诊断问题等方面是有效的.