带锯齿冠叶片振动特性的数值模拟

基于"滞后"弹簧摩擦模型,计算了不同转速下单个叶片和整圈叶片的固有频率和模态特性,分析了带锯齿冠叶片的干摩擦阻尼特性,并研究了转速对带锯齿冠叶片频率的影响.通过对叶冠间接触状态的分析,获得叶冠间的摩擦力和相对滑移量,并求出叶冠间的等效阻尼和等效刚度.在冠间接触区域,采用有限元分析软件中的Matrix 27弹簧阻尼单元模拟叶冠间阻尼和刚度,并对带锯齿冠叶片的动应力进行了分析.结果表明:带锯齿冠叶片间的干摩擦可有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果.     

自带冠叶片冠间接触碰撞减振研究

自带冠叶片因冠间接触碰撞而具有很好的减振效果。文中,自带冠叶片等效为弹簧一质量模型;冠间的接触碰撞简化为有间隙的弹簧一干摩擦阻尼模型,建立了该结构的振动方程。响应的特性分析结果表明：当冠间的相对位移大于间隙值时,冠间的接触碰撞起作用,叶片的振动量随间隙的减小而减小;冠间刚度为叶片等效刚度的1．3倍左右时,减振效果最好。同时,在冠间间隙可调的自带冠叶片冠间接触碰撞振动实验台上,测得了不同间隙下转子升速时叶片根部的动应变。实验结果和计算分析结果基本一致,进一步证明了这种结构是一种很好的减振结构。     

基于谐波平衡法的带冠叶片接触碰撞减振特性研究

通过谐波平衡法建立了具有间隙的冠间接触碰撞的等效弹簧-干摩擦阻尼力学模型,得到表征汽轮机带冠叶片主要危险振型的三自由度集总参数模型,应用龙格-库塔法求解自带冠叶片的振动响应,并分析了冠间间隙、冠间接触角和冠间法向接触刚度对碰撞减振效果的影响.结果表明:汽轮机带冠叶片因冠间接触碰撞而具有很好的减振效果,但出现了多频谱成分和共振频率右移等现象;随着冠间间隙的减小,带冠叶片冠间碰撞减振效果变好,冠间接触碰撞对一阶振动的减振效果好于对二阶振动的减振效果;较大的冠间接触角对冠间接触碰撞在切向振动上的减振效果较好;较大的冠间法向接触刚度可使叶片冠间接触碰撞达到很好的减振效果.     

平行冠涡轮叶片的干摩擦减振数值模拟

利用叶冠之间的干摩擦力产生的阻尼,是一种抑制叶片振动、降低叶片动应力的有效手段.本文以某型汽轮机中压第一级动叶片为研究对象,建立了带平行冠叶片的Sgn干摩擦阻尼模型,将叶冠接触面之间的干摩擦力转换为等效刚度和等效阻尼.计算了其在不同预扭量条件下的动应力,分析了不同预扭量的减振效果.计算结果表明:采用0.4mm的预扭量,叶片的动应力数值较无预扭情况下减小约50%,预扭工艺的减振效果明显.进一步增进预扭量,动应力减小的幅度非常有限(＜5%),目前采用的预扭量是较为合理的.     

汽轮机叶片干摩擦阻尼机理及其数学描述

探讨了涡轮机叶片干摩擦阻尼的几个主要环节，研究了各个干摩擦阻尼环节的机理，并给出了阻尼力的表达式。通过分析得出，在涡轮机叶片中对叶片减振最有效的干摩擦阻尼方式是叶片围带、凸肩或叶片平台的干摩擦阻尼。     

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。     

阻尼连接叶片的实验研究

介绍了阻尼叶的实验装置，测试及测试方法，分析了测试结果和实验中所观察到的现象，得出叶片摩擦来减振是有产的，。由于干摩擦的介入，叶片的频率，响应模态阻尼比将会受到影响，叶片的响应波形上叠加有摩擦引起的高次谐波，但是基本波形优为正弦波。阻尼连接叶片的摩擦面间的正压力，接触状态会影响叶片的动力学特性，由于阻尼叶片的非线性特性，激振力的大小也会改变叶片的动力特性。     

自带冠叶片冠间接触碰撞动力学建模及数值模拟

采用有限单元法对自带冠叶片冠间接触碰撞的减振机理进行了研究.首先应用弹塑性力学理论对叶片冠间接触碰撞问题建立碰撞弹性力模型,并采用Herbert直接法建立碰撞阻尼力模型,进而对已建立的冠间接触碰撞的非线性动力学模型进行数值模拟,并分析自带冠叶片冠间接触碰撞的非线性动力学特性、响应特性及接触碰撞减振机理.研究结果表明:随着分岔参数的增加,发生擦边碰撞,碰撞振动系统直接由周期运动状态进入混沌,然后又突变回周期运动状态;在冠间接触碰撞减振结构的设计时应该避开混沌状态,以免由于气流力输入能量增大导致叶片振动过大.     

基于ANSYS/LS-DYNA的带冠叶片碰撞振动特性的有限元分析

利用Ansys软件建立了带冠叶片组的三维有限元计算模型,并结合LS-DYNA软件进行了显式动力学碰撞分析,研究了碰撞阻尼减振效果与冠间间隙、激振力相位差和激振力幅值等振动系统参数之间的对应关系.结果表明:带锯齿型冠叶片间的碰撞阻尼可以有效抑制系统的振动,具有较明显的减振效果;有限元分析结果与相关的试验研究结果一致,证明所采用的有限元分析模型及方法是可行的.     

透平叶片干摩擦阻尼减振研究综述

利用干摩擦阻尼对叶片进行减振是一种简单而又行之有效的方法,广泛应用于航空发动机、电站汽轮机、燃气轮机等涡轮机的叶片上。结合国内外研究成果,本文从阻尼叶片结构分析模型、接触面摩擦模型、接触运动学模型、干摩擦阻尼叶片响应求解方法等几个方面来介绍该领域目前的发展状况,阐述了常见的各种模型及分析求解方法的利弊,最后展望该领域值得更进一步深入研究的几个关键问题。     

自由活塞斯特林机动子运动阻尼特性研究

为准确描述自由活塞斯特林机动子的动力学特性,将黏性阻尼与库伦阻尼的分离计算法引入动子的运动阻尼分析中。通过理论分析和实验验证,并与等效黏性阻尼计算法进行对比,证明了分离计算法的正确性和实用性。研究结果表明：动子在往复运动中的接触摩擦与常规接触摩擦不同,其阻尼力既不只是一个定常摩擦力,也不只是速度的线性函数,而是由于往复运动,动子的局部接触情况随位移发生变化,表现为与位置相关的摩擦力。因此,动子往复运动中的阻尼特性应采用一个黏性阻尼系数与一个定常摩擦力共同描述。     

叶片缘板阻尼结构参数敏感特性分析

针对某型船用燃气轮机高压涡轮叶片的缘板阻尼结构设计问题,开展阻尼结构参数敏感性分析。基于整体-局部统一滑动理论建立叶片-阻尼单接触对摩擦模型,采用谐波平衡法和能量法将非线性摩擦力等效线性化;考虑激振力相位差,迭代求解振动微分方程以获得叶尖幅值响应,找出影响阻尼减振效果的关键参数,分辨具有高敏感度的独立变量,获取阻尼结构初步设计方案。结果表明：缘板阻尼器的质量与刚度、阻尼选材及接触面宽度均属于高敏感度参数;阻尼器所受离心力与激振力幅值之比可作为结构设计过程中的独立变量;计算得到阻尼器设计质量在1.18~3.95 g之间,阻尼器轴向设计长度为31.2 mm。     

变刚度气门弹簧三维有限元计算分析

本文以变刚度气门弹簧为研究对象，建立了气门弹簧、弹簧座的三维有限元组合模型。使用有限元分析软件，在考虑各组件接触关系的基础上，对该气门弹簧在不同载荷下进行了三维有限元计算。通过有限元仿真计算，快速地得到了变刚度气门弹簧弹性特性曲线。并依据气门弹簧应力计算结果对该弹簧进行了静强度和疲劳强度校核。     

变刚度气门弹簧三维有限元计算分析

本文以变刚度气门弹簧为研究对象,建立了气门弹簧、弹簧座的三维有限元组合模型。使用有限元分析软件,在考虑各组件接触关系的基础上,对该气门弹簧在不同载荷下进行了三维有限元计算。通过有限元仿真计算,快速地得到了变刚度气门弹簧弹性特性曲线。并依据气门弹簧应力计算结果对该弹簧进行了静强度和疲劳强度校核。     

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。     

Systematic correction of stiffness of a finite element model by means of measured eigenvalues and derivation of concrete identification factors of a dowel connection

The correct dynamic behaviour of a real structure can be described by an analytical finite element model only when the parameters of the finite element model are correctly assumed. The dynamic prediction is closely related to the choice of the boundary stiffness, the intermediate elements and the geometric properties of open-cross-section beams.First, laboratory tests are carried out on a test set-up which consists of a piping support, anchorage elements and a concrete block. The test parameters include the variation of dowel tightening torque, the anchor plate stiffness and the concrete block. The first comparison of analytical and test results did not show good agreement. The uncertain stiffness of the finite element model is systematically adjusted by means of indirect parameter identification with measured eigenvalues. A high degree of agreement is obtained between the analytical and measured eigenvalues at the end of the iterative procedure. The required concrete stiffnesses are derived from a spring model which includes all important stiffness terms of a dowel connection. The typical concrete identifications are derived from the affected pressure concrete cones. For similar dowel connections the equivalent concrete stiffness can be analytically determined using the derived identification factors.     

A high efficient assembly technique for large PEMFC stacks: Part I. Theory

A high efficient assembly technique for large proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stacks is proposed to obtain the optimal clamping load. The stack system is considered as a mechanical equivalent stiffness model consisting of numerous elastic elements (springs) in either series or parallel connections. We first propose an equivalent stiffness model for a single PEM fuel cell, and then develop an equivalent stiffness model for a large PEMFC stack. Based on the equivalent stiffness model, we discuss the effects of the structural parameters and temperature on the internal stress of the components and the contact resistance at the contact interfaces, and show how to determine the assembly parameters of a large fuel cell stack using the equivalent stiffness model. Finally, a three-dimensional finite element analysis (FEA) for a single PEMFC is compared with what the equivalent stiffness model predicts. It is found that the presented model gives very good prediction accuracy for the component stiffness and the clamping load.     

柴油机扭振减振器的板簧刚度与强度模型和计算方法研究

簧片组的刚度与强度对板簧扭振减振器的减振效果与工作可靠性起决定性作用。基于Bernoulli-Euler梁模型,推导了柴油机板簧扭振减振器的扭转刚度和弯曲应力计算公式,编制了相关计算程序和计算工具,为减振器的设计和使用提供了计算工具。给出了扭转刚度的有限元分析方案和步骤,并检验了力学模型和计算公式的准确性。研究了铜垫片尺寸、簧片的厚度等参数对刚度、强度的影响规律,以指导扭振减振器的设计。