大功率船用齿轮箱试验模态分析*

由于大功率船用齿轮箱的特殊使用工况,其性能要求远远高于其他齿轮箱。论文对某大功率船用齿轮箱结构和传动原理进行分析,根据试验模态分析的基本原理和方法,利用最小二乘法对频响函数进行优化,并利用单模态识别法对大功率船用齿轮箱进行模态参数识别,得出系统的前20阶固有频率和阻尼,结果表明该船用齿轮箱系统的转频、啮合频率远离固有频率,系统不存在共振现象。但考虑齿轮箱实际工作的复杂性,在系统转速变化达到临界转速时存在较为剧烈的共振现象。试验结果可为进一步系统研究动态特性提供分析依据。     

内激励作用下齿轮箱动态响应与振动噪声分析

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差等内部激励的影响,建立了齿轮箱稳态动响应分析模型。采用模态叠加法进行求解,得到了齿轮箱节点位移动响应时域历程,对激励中各谐波成分对齿轮箱动响应的影响做出了分析。采用声固耦合的方法对齿轮箱噪声辐射进行求解,得到了齿轮箱噪声谱。计算了齿轮箱各板面对声场总声压的贡献度,依据板面贡献度计算结果,提出了模型改进方案,并对各改进方案的降噪效果做出了评估,为齿轮箱的设计提供了理论依据     

基于生成微分方程的行星齿轮箱故障振动信号解调分析

行星齿轮箱振动信号具有明显的调制特点,幅值解调和频率解调分析能够有效提取其中的故障信息。生成微分方程(GDE)方法可以估计调制信号的幅值包络和瞬时频率,实现解调分析,但该方法需要信号满足单分量要求。实际行星齿轮箱振动信号通常由复杂多分量成分组成,为实现信号的幅值解调和频率解调分析,应用经验模式分解(EMD)将信号分解为单分量本质模式函数,基于生成微分方程计算瞬时频率和幅值包络,根据瞬时频率的波动特点选择本质模式函数作为敏感分量,由敏感分量的包络谱和瞬时频率的Fourier频谱识别故障特征频率。通过行星齿轮箱故障模拟实验数据分析验证了解调分析方法的效果。     

基于核独立分量分析的齿轮箱故障诊断

：独立分量分析是近几年发展起来的基于信号高阶统计特性的分析方法,它是指从多个源信号的线性混合信号中分离出源信号的技术,但目前的算法在处理非线性变化的信号时还有一定的局限,而基于非线性函数空间的ICA方法—KICA,即核独立成分分析,可以解决这一问题。与传统的ICA方法相比,KICA方法具有更好的灵活性和鲁棒性。文章介绍了核独立分量的基本原理,并进行了仿真说明,最后结合包络阶次方法对齿轮箱实测的瞬态声音信号进行了分析,找到了故障特征,验证了该方法的有效性。     

合金棒材轧机齿轮箱的振动研究

宝钢股份特钢分公司合金棒材生产线在节能轧制过程中（低于正常轧制温度80~150℃），因H5轧机齿轮箱出现异常振动而影响降温轧制工艺的实施。本文通过对H5轧机齿轮箱振动特性的实测诊断，结合有限元计算分析确定了齿轮箱发生异常振动的原因，并提出通过齿轮箱箱体加筋提高刚度以抑制其振动的措施。现场使用表明，H5轧机齿轮箱箱体加筋后，其异常振动得到有效抑制，确保了该节能降耗轧制工艺的实现。     

基于假设模态法的风力机动力学分析

采用Kane方法建立风力机系统动力学模型,并使用假设模态离散化方法对其进行柔性化。结合修正的BEM理论计算得到的风轮气动载荷,并在Fortran环境下编程建立风力机整机的系统动力学数学模型,完成对风力机的随机响应分析。以某型2.5MW风力发电机组为研究对象进行分析计算,将分析数据同国际权威计算软件GH Bladed数据比较。比较表明,该分析模型可以较好的模拟风力机的动力学特性,同时兼顾了较少建模计算时间和较高分析精度两个优点,近而验证采用假设模态法进行风力机动力学分析是一种行之有效的方法。     

内燃机油底壳模态分析及噪声预测

采用有限元方法和边界元方法建立了复杂结构辐射噪声预测模型，可用于计算辐射声功率、场点声压、固体声和辐射效率等声场特性参数。对内燃机油底壳进行了模态分析和噪声预测，并研究了约束条件及激励力作用位置对声辐射的影响，为噪声优化设计打下了良好的基础。     

大型立式电动机特定边界条件下的振动特性仿真与实验研究

考虑大型立式电动机的承载结构特点和机电耦合、电磁耦合作用,应用虚拟样机技术和有限元仿真软件,建立了某大型立式电动机的有限元模型,分析了电机振动变形和结构破坏的分布规律,确定了大型电动机结构变形与破坏的主要形式和部位。研究结果表明,单边磁拉力的不平衡作用是引起大型电机振动的重要激振源,当主波磁场产生的单边磁拉力的频率与电机某阶固有频率接近或者相同时,可能引起相关结构或者整机的强烈振动。同时,地脚螺栓的联接刚度对电机固有频率有较大影响,随着地脚螺栓数量的增加,电机的固有频率随之提高;当地脚螺栓失效时,会使得电机的固有频率降低,从而可能更加容易引起电机生产剧烈振动或者共振。     

地铁齿轮箱振动与噪声计算分析

运用结构有限元法和声学有限元法，对地铁某型号齿轮箱振动与噪声问题进行计算分析。建立齿轮箱三维有限元模型，采用结构有限元法计算齿轮箱模态频率和振动响应。建立齿轮箱外声场三维有限元模型，导入齿轮箱振动响应结果作为声学边界条件，并采用无限有限元法计算了辐射声压级。     

基于统计能量法的排气管道系统的振动和噪声分析与研究

基于统计能量分析(SEA)原理,结合压缩机排气管道系统的实际结构尺寸建立了SEA模型。采用理论及经验结果讨论了统计能量分析法三个重要参数确定,利用现场测试壳体加速度来确定输入功率。运用AutoSEA2004仿真软件预测了距离管道系统外部一定距离的声压级,并与现场测试所得数据进行了对比分析,结果表明,预测管道系统的总声压级为102.7dB(A),比实测结果低4.2dB(A),在500 Hz以上主要频段上,预测曲线与实测曲线吻合较好,为管道系统噪声治理提供了数值仿真依据。     

结构声辐射有限元/边界元法声学-结构灵敏度研究

声学-结构灵敏度用于预测结构辐射声压随结构设计变量的变化,该值对结构降噪设计有重要意义。提出了基于有限元法、边界元法的声学-结构灵敏度计算方法。基于有限元法计算结构动力学响应及响应速度灵敏度,基于边界元法计算结构辐射声压及声压对振动速度灵敏度。将两个灵敏度联合,得到声学-结构设计灵敏度。以中空六面体为研究实例,给出了激励频率为1~100 H z时,外场声压对壳厚度的灵敏度,并分析了灵敏度随激励频率、设计变量的变化规律。结果表明,基于有限元法、边界元法的声学-结构灵敏度是有效和正确的。     

Integrated FEM/BEM approach to the dynamic and acoustic analysis of plate structures

An integrated finite element/boundary element method approach to the prediction of the interior acoustic radiation of open ended box structures is presented. Dynamic response of the structure is predicted in terms of the nodal displacements under sinusoidal point force excitation using the finite element method. Theoretical results obtained in terms of frequency response functions are verified using the results from tests performed on a box structure. The interior acoustic field is then examined by the boundary element method using the boundary conditions obtained from the finite element analysis. Sound pressure levels produced inside the structure are calculated and the results are compared with the experimental measurements.     

BEM and FEM based numerical simulations for biomagnetic fluid flow

We investigate numerically the biomagnetic fluid flow between parallel plates imposed to a magnetic source placed below the lower plate. The biomagnetic fluid is assumed to be Newtonian, viscous, incompressible, electrically nonconducting, and has magnetization varying linearly with temperature and magnetic field intensity. Both steady and unsteady, laminar, two-dimensional biomagnetic fluid flow equations taking into care the heat transfer between the plates are solved using both finite element and dual reciprocity boundary element methods. Treatment of nonlinear terms by using only the fundamental solution of the Laplace equation, and discretization of only the boundary of the region are the advantages of dual reciprocity boundary element method giving small algebraic systems to be solved at a small expense. Finite element method is capable of giving very accurate results by discretizing the region affected by the magnetic source very finely, but it results in large sized algebraic systems requiring high computational cost. The results indicate that the flow is appreciably affected with the presence of magnetic source in terms of vortices at the magnetic source area. The lengths of the vortices, and temperature increase with an increase in the intensity of the magnetic field.     

加纵肋平底圆柱壳振动和声辐射的FEM/BEM研究

建立了两端带平底板的加纵肋圆柱壳水中声辐射计算的FEM／BEM三维模型，探究了加肋的高度、宽度、数目对平底圆柱壳表面平均速度、辐射功率、辐射效率、声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中做加肋平底圆柱壳建模、模态分析基础上，将有关数据（网格、模态）导入边界元软件SYSNOISE中计算流体-结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明：（1）纵肋的高度、宽度以及数目增大都可以引起平底圆柱壳的表面平均速度、辐射功率、辐射效率随频率变化曲线峰的移动，同时使声辐射效率增大，但使表面平均速度、辐射功率变化不明显。（2）纵肋的高度、宽度增大都使低频声辐射中两端平底板的贡献量增大，而使研究频域内的高频声辐射在激励力的反方向上增强。当径向激励力作用在纵肋上时适当调整均布纵肋的数目可以改变平底圆柱壳辐射声场的指向性。这对于水下结构辐射噪声预报以及噪声抑制具有重要意义。     

Iterative coupling of BEM and FEM for nonlinear dynamic analyses

The present work deals with the iterative coupling of boundary element and finite element methods. First, the domain of the original problem is subdivided into two subdomains, which are separately modeled by the FEM and BEM. Thus the special features and advantages of the two methodologies can be taken into account. Then, prescribing arbitrary transient boundary conditions, a successive renewal of the variables on the interface between the two subdomains is performed through an iterative procedure until the final convergence is achieved. In the case of local nonlinearities within the finite element subdomain, it is straightforward to perform the iterative coupling together with the iterations needed to solve the nonlinear system. The procedure turns out to be very efficient. Moreover, a special formulation allows taking into account different durations of the time steps in each subdomain.The financial support by CAPES (Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior) through scholarship No. BEX0788/02-3 (first author) is gratefully acknowledged.     

A two‐dimensional BEM/FEM coupling applied to viscoelastic analysis of composite domains

A coupling between the boundary‐element and finite‐element methods is studied for the viscoelastic analysis of reinforced media. The viscous behaviour of the composed body is taken into account by an alternative BEM methodology developed for the Boltzmann model. This methodology is based on differential constitutive relations for viscoelasticity. The reinforcements are modelled by finite elements and are considered elastic. The coupling is based on the sub‐region technique due to its generality and easy implementation. The resulting time‐marching process is able to represent both the instantaneous and the time‐dependent behaviour of a body subjected to general boundary conditions. The method is validated by an experimental result and its accuracy tested by comparing numerical results with analytical solutions. The generality of the method is proved by an infinite domain application. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于麦克风阵列的变速器噪声源定位研究

对一款轿车变速器存在的噪声问题进行研究。分析变速器噪声的组成部分。对该变速器进行半消声室台架实验,通过频谱分析、贡献量分析等方法找到特征频率。计算发现该问题较为特殊,针对因设计不当出现不同传动部件特征频率一致的情况,利用声学照相机技术基本确定辐射声源位置。考虑噪声特征频率范围与箱体的模态频率范围较为接近,通过有限元法计算箱体的模态频率,发现箱体出现共振。研究为修改传动部件参数、变速器箱体结构提供参考依据。     

基于CFD和声学FEM的旋转式双缸压缩机所配分液器单极子吸气噪声分析

旋转式压缩机广泛应用于家用空调器,是制冷系统的动力源,也是空调系统中主要噪声源。本文针对双缸压缩机吸气噪声,建立CFD模型,通过数值计算得到单、双吸气方式的质量流率。在此基础上,建立不同单、双吸气方式分液器声学FEM模型,分析不同分液器的单极子吸气噪声,并与测试结果进行对比。结果表明,单吸气方式在降低双缸压缩机单极子吸气噪声方面较双吸气方式具有一定优势,在本例中,分液器吸气噪声降低2 dB(A)以上。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。