含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化

针对离心压缩机在复杂运行工况下的失谐与裂纹问题,研究裂纹与失谐对叶轮结构振动响应和振动局部化的影响规律。首先,采用三维有限元模型建立具有复杂几何形状的叶轮结构的定量分析模型,并通过在裂纹界面上定义接触的形式模拟裂纹的呼吸效应。其次,通过采用混合界面模态综合法对系统自由度进行缩减,以解决了采用三维有限元模型分析非线性系统动态响应时所存在的计算量大和收敛困难的问题。最终,采用Monte Carlo方法对含裂纹的失谐叶轮结构进行统计分析,研究随机失谐和裂纹故障对叶轮结构振动局部化的影响规律。结果表明裂纹和失谐都会对结构的振动响应产生显著的影响,并会导致振动能量的集中和振动局部化现象。     

抑制失谐星载天线振动局部化的失谐优化及控制改善

为了抑制随机失谐星载天线结构的振动局部化及其导致的振动控制失效问题,建立了径向肋天线结构的单肋多自由度集中参数模型,提出了一种衡量结构整体振动模态品质的局部化因子;分析了失谐肋的安装顺序对结构整体模态振型的影响,利用遗传算法对失谐肋的安装顺序进行了减振优化,并评估了失谐优化对天线振动控制系统性能的提升。结果表明,对于一组具有特定随机失谐参数的径向肋,基于本文的模态局部化因子和智能搜索算法可以快速、准确地得到其最优或近似最优安装顺序,不仅能大大改善天线整体振动模态品质、降低结构振动响应,还能提高天线结构控制系统效能。     

模态局部化对T尾颤振特性的影响

模态局部化是弱耦合对称结构中一种不可预期的动力学现象。作为典型的工程对称结构,飞机T尾结构的地面振动试验中通常会发生强烈的模态局部化现象,使得T尾结构模态局部化研究成为T尾结构设计中一个重要的问题。基于失调T尾结构的气动弹性特性,提出了T尾颤振失调设计的概念,然后分析了平尾翼尖的质量失调设计和平尾根部的刚度失调设计,及其失调产生的模态局部化对T尾颤振特性的影响。算例结果表明:(1)失调产生的模态局部化对T尾结构的固有频率和振型产生较大影响。(2)在质量正失调时,T尾结构的模态局部化可以提高T尾颤振速度,而质量负失调时,T尾结构的模态局部化会降低T尾颤振速度。     

航空发动机离心叶轮高阶模态振动故障研究

研究某航空发动机离心叶轮叶片高周疲劳断裂掉块故障。采用有限元计算分析,确定叶轮激振频率范围内的振动模态及应力分布,选取了对叶片各阶振动模态具有足够敏感性的位置安装应变计。叶片动应力测试获得了叶片大应力振动对应的叶轮共振频率、共振转速及激振源。利用计算和试验获得的数据进行叶片高周疲劳强度分析,提出排故措施并验证。研究结果表明:叶片断裂掉块故障原因是叶轮的高阶模态共振在叶片故障部位形成大应力,超过了其许用应力水平,提出的排故措施有效。发动机研制过程中应通过计算分析和动应力测试充分研究构件在激振频率范围内的各阶振动。     

结构振动模态局部化评述

近年来，力学系统的振动模态局部化现象受到了人们极大的关注。研究表明，在一定条件下，小量失调对某些结构系统的振动特性有很大影响。为了促进模态局部化方面的研究工作，本文在总结国内外大量文献的基础上，根据我们自己的研究，较系统地介绍了结构振动模态局部化研究的历史、现状及前景等若干重要问题。详细讨论了结构失调的影响、与阻尼的类比特性；物理学局部化与结构动力学局部化的联系和区别；局部化现象的产生条件、产生机理、利与弊、与频率曲线转向的关系；针对不同结构系统的不同研究方法。同时，还列举了大量国内外参考文献，以备研究者参阅。     

弱耦镜像对称工程结构模态局部化度的结构参数表征

模态局部化现象对弱耦镜像对称工程结构的动态分析与主动设计至关重要。基于小参数摄动理论,针对由左右两个完全相同但在几何上互为镜像的子结构所组成失调对称结构,用峰值振幅比定义模态局部化度,重点建立了预测模态局部化发生的定量判据。该判据确立了局部化度的具体数值与结构的几何、质量及弹性等参数之间的直接影响关系。以此为依据,可实现通过失调量的主动设计达到灵活控制模态局部化强弱程度的目的。对一个弱耦近频对称结构的单边刚度失调模型的局部化振动的数值分析结果表明:（1）联结刚度失调产生的模态局部化对失调对称结构的振型将产生显著的影响;（2）验证了所提出的模态局部化定量判据及局部化度的结构参数表征的可行性和有效性。     

局部约束结构振动的模态研究

制动盘/摩擦块系统的制动过程属于局部接触振动问题。摩擦块局部接触(约束)会对系统模态及固有频率造成影响,进而影响制动噪声的产生。将刹车盘简化为一维循环梁结构,并建立了在摩擦块作用下的运动方程。首先计算无接触时梁自由振动的模态(参考模态)。然后用线性弹簧代替局部接触,列写出连续条件并计算模态,得到所谓局部非连续基函数。将局部非连续基函数与参考模态进行正交化处理后,作为参考模态的补充,用于计算系统响应。与差分法结果比较表明,与传统模态方法相比,局部非连续基函数法更为准确。研究发现局部接触会抑制循环结构振动的对称性,导致正弦或余弦模态消失,以及刚度非线性和摩擦作用,会使振动是波动型的。该工作为基于局部非连续基函数法研究摩擦结构不稳定振动机理打下了基础。     

基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究

采用数值方法研究离心风机在流体激励力和叶轮离心力共同作用下的结构响应。离心风机在运行过程中的振动主要由流体激励力和叶轮离心力引起,传统的分析方法很难准确地模拟和预测这种流固耦合振动。首先模拟离心风机内部三维非定常流场,然后将流场分析得出的流体激励力施加到风机叶轮上,采用模态动力学方法对离心风机进行振动响应计算。研究叶片数和前盘厚度两种结构参数对离心风机振动特性的影响。结果表明,存在最佳的叶片数和前盘厚度值,使得离心风机达到较好的减振效果;增加前盘厚度有利于提高叶轮强度,但是随着前盘厚度的增加,系统振动越来越强烈,因此在叶轮设计时应充分考虑叶轮强度以及风机整机振动性能以确定最佳叶轮结构。     

离心泵流体激励力诱发的振动:蜗壳途径与叶轮途径

研究蜗壳、叶轮途径流体力诱发的离心泵振动,分析CFD蜗壳内表面流体力作用下电机-离心泵-机架FEM模型瞬态响应;用Newmark-β算法分析CFD叶轮表面流体合力、合力矩作用下叶轮-转轴-支撑-机架转子动力学模型响应;并对比蜗壳、叶轮两条途径流体力诱发离心泵基座振动。结果表明,泵内表面流体压力脉动为宽频激振源,会诱使离心泵系统产生各阶模态振动;流体力通过叶轮途径诱发离心泵基座振动位移幅值谱最大峰值出现在叶轮转频处,振动加速度幅值谱最大峰值出现在叶轮流道通过频率处,而非叶片通过频率处;流体力通过蜗壳途径诱发的离心泵基座振动远小于叶轮途径诱发的振动,叶轮-转轴-支撑-机架为流体激励诱发离心泵基座振动的主要途径。     

基于集总平均经验模态分解法(EEMD)的星箭解锁分离机构冲击响应分析

基于集总平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD),提出一种星箭解锁分离机构冲击响应信号分析新方法。通过EEMD,将星箭解锁分离机构解锁过程的冲击信号分解成不同模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。结果表明前两阶模态分量IMF主要为冲击引起的高频振动,而IMF3之后为冲击激励引起的不同阶固有模态振动和局部振动,并通过模态实验验证了分析的正确性。     

磁悬浮分子泵的振动抑制

2000L磁悬浮分子泵研制中,遇到复杂振动问题:转子弯曲模态共振;陀螺效应造成动力学失稳;叶轮叶片导致转子颤振;成因复杂的机电耦合模态振动.它们同时出现,严重影响转子稳定性,给振动抑制带来困难,需进行精细的控制器设计.控制器中,对不同振动采用不同方法抑制:陀螺效应依靠交叉反馈控制;弯曲共振、分子泵叶轮叶片颤振及机电耦合模态振动,依靠各种不同的控制器传递函数相位整形方法.试验验证了方法的有效性,分子泵平稳升速到24000 r/min,样机达到了设计真空性能指标.     

大型豪华游艇结构振动分析与控制

通过有限单元法对某大型豪华游艇进行固有频率及强迫振动预测分析,发现上甲板左舷通往楼梯的走廊振动速度的峰值超标10%。经过频谱分析、局部结构模态分析,讨论振动的有效控制方法,通过修改局部结构以改变其固有模态、避免共振的方法进行局部结构的振动控制,使得该区域的振动情况得到有效控制,满足相关规范的要求。该研究为其他工程项目的振动控制提供一定的参考。     

面向燃机多工况宽频域工作模态参数识别的随机子空间方法

面向燃气轮机工作状态下多工况、宽频域模态参数识别需求，在对典型燃机整机振动模态分析的基础上，虑及测试数据类型、测点位置与方向的选取及不同运行工况影响，提出一种针对燃机整机工作模态参数识别的随机子空间方法。基于实测振动数据，对典型燃机工作模态参数进行了自动划分识别。结果表明：通过分别控制行块数，充分挖掘位移、速度、加速度三种类型数据包含的不同频段模态参数信息并对识别结果择优合并，能够较好识别出数十倍于燃机工频的宽频域模态；合理选取测点位置和方向，能够得到关心频段内局部或整体模态；利用多转速运行工况数据，能够区分出受转速影响的整体模态。实现了对燃机整机振动宽频域范围内整体和局部模态、机匣和转子模态的识别，可为在此基础上的动力特性分析、整机动力学模型修正、结构振动状态评估、振动故障特征提取等提供支撑。     

裂纹叶片分布对失谐叶盘结构振动特性的影响*

摘要：基于有限元实体建模方法,建立了含穿透型裂纹的失谐叶盘结构有限元模型,揭示了两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构振动特性的影响规律。研究表明,两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构的基频以及模态局部化程度均有较大影响,并发现当两个裂纹叶片处于相邻位置时,失谐叶盘结构的基频最小,模态局部化程度最高,且该现象在弱耦合条件下尤为突出。而离心力(转速)对含两个裂纹叶片的失谐叶盘结构振动局部化有减弱作用。     

V型叶尖结构对风力机结构动力学特性影响的实验研究

为找到不同几何参数V型叶尖结构对风力机结构动力学特性的影响,利用PULSE18.0结构振动分析系统和ME scope VES 5.1模态测试软件结合瞬态激振法,选取振动频率范围0~400 Hz和特定激励点,获得叶轮的固有频率;在低速风洞中,通过三向振动加速度传感器测定额定风速12 m/s时不同转速所对应的振动加速度,并分析改型前后叶轮前三阶振动频率。结果表明:3种叶片均在叶轮转速375~625 rad/min发生明显振动现象,叶轮在500 rad/min一二阶低频时,V-1型叶尖叶片偏离值为5.6%和4.4%,发生共振的可能性较低,V-2型叶尖叶片偏离值为3.4%和2.1%,发生共振的可能性较高,在三阶时改型前后的偏离值超过20%发生共振的可能性都比较低。该结果对风力机叶片叶尖改型的设计和避免共振提供一定的数据参考。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

涡轮增压器压气机叶片振动分析

本文针对某种型号涡轮增压器存在进气口振动、噪声大等问题，先通过三维坐标仪对该涡轮增压器叶轮叶片曲面轮廓进行坐标测量，然后用CAD软件进行三维建模，并利用有限元软件对叶轮大小叶片进行了模态分析，得出了叶片的各阶固有频率以及相应振型。对比增压器压气机的工作转速和叶轮片通过频率，找出叶片共振的频率，从而为有效地控制压气机进气口振动、噪声大等问题提供理论依据。     

内饰车身地板振动性能优化分析

在某SUV车型工程设计阶段,运用有限元法进行内饰车身地板响应点振动传递函数分析。与参考车型振动曲线对比,发现车身地板测点峰值大幅超出。通过模态贡献量及模态分析,诊断出振动传递函数峰值大幅超出是由地板局部模态引起。为提高地板局部刚度,以地板振动传递函数为目标函数进行形貌优化,设计出新的地板结构以降低测点振动峰值。制造样车后,对地板振动传递函数进行实车测试,验证仿真分析结果的有效性。研究结果表明,在车型工程设计阶段,基于形貌优化的振动传递函数分析可以有效应用于内饰车身地板减振结构设计中,降低后期实车抖动风险。     

含V型贯穿裂缝矩形薄板的模态局部化研究

以含V型贯穿裂缝的矩形薄板为研究对象,利用区域分解法结合改进的傅里叶级数,提出一种弹性边界条件下板自由振动的计算方法,并针对V型贯穿裂缝引起的模态局部化展开讨论。首先根据裂缝的特征,矩形板被分解为若干个矩形子域和三角形子域的组合,选取两类改进的傅里叶级数分别作为这两类子域的横振动位移函数。然后利用Rayleigh-Ritz法建立求解方程的矩阵表达式,通过求解其特征值和特征向量得到固有频率和振型。最后对不同参数的裂缝对固有频率和模态局部化的影响进行讨论。结果表明,裂缝越长、夹角越小、边界约束越强时,板的固有频率和振型受影响越大,也越容易出现模态局部化现象。     

基于改进HHT和马氏距离的齿轮故障诊断EI北大核心CSCD

针对齿轮振动信号非线性和非平稳的特点,提出一种基于改进希尔伯特-黄变换与马氏距离相结合的故障诊断方法。利用自适应白噪声的完备经验模态分解将齿轮振动信号分解成一系列固有模态函数,并采用敏感固有模态函数判别算法判断出对故障信息敏感的模态函数;通过对敏感固有模态分量的局部希尔伯特瞬时能量谱的分析,得出信号能量随时间变化的精确表达;以不同故障信号局部希尔伯特瞬时能量谱的最大峰值作为特征向量,采用马氏距离对齿轮故障进行状态识别。试验结果表明,该方法可有效识提取齿轮故障特征,实现不同故障状态识别。