热镀锌生产线出锌锅段带钢-气垫耦合系统振动特性研究

为获得平衡状态下带钢变形、气垫区压力以及带钢-气垫耦合系统的动特性,将带钢近似为恒张力作用下的轴向运动Euler-Bernoulli梁,根据描述气垫区气体动力学特性的经典附壁边界理论,建立带钢和气垫区气体压力的控制方程及耦合条件。引入轴向运动带钢变形的格林函数,以压力卷积的形式显式表达带钢位移,采用Newton-Raphson法对气垫区的平衡压力和带钢平衡变形进行数值求解。将带钢和气垫区气体压力控制方程分别在其平衡位置处线性化,得到描述系统线性响应的变系数偏微分方程组。通过Galerkin法对模型进行全局离散,用广义矩阵特征值问题的数值解法得到带钢的固有频率。研究结果表明:适当减小带钢运行速度并增大带钢张力有利于带钢的稳定运行,而气垫箱供应压力对带钢动特性的影响极为有限。     

三轴向振动台运动耦合装置的参数优化

通过建立三轴向振动台运动耦合装置的传递模型,根据需求频率范围合理选择运动耦合装置刚度。采用有限元方法求解气体润滑问题,仿真分析了供气压力和气膜厚度对气体静压轴承刚度的影响。结果表明,气体静压轴承的刚度随着供气压力的增大而增大,在特定的供气压力下存在一个使气体静压轴承的刚度取得极值的气膜厚度极值点。在此基础上,优化得到一组满足运动耦合装置传递特性要求的供气压力和气膜厚度参数,并通过原理样机进行了验证。实验结果表明,优化得出的运动耦合装置参数满足传递特性要求。     

静压球面气体轴承工作特性数值分析

针对传统的主控雷诺方程推导过程中使用的连续性方程在静压气体轴承的节流孔处并不适用的问题,对雷诺方程进行修正。基于保角变换方法、牛顿迭代法、有限差分法和松弛迭代法对轴承气膜流场区域修正雷诺方程进行计算,得到在不同供气压力下节流孔分布锥顶角处气膜压力沿周向的分布,分析供气压力、径向偏心率和节流孔直径对静压球面气体轴承径向承载力、轴向承载力和耗气量的影响。结果表明：静压球面气体轴承的径向和轴向承载力受到静压效应和动压效应的耦合影响;供气压力越大,径向和轴向承载力越大,耗气量量越大;径向偏心越大,径向和轴向承载力越大,径向偏心率对耗气量影响很小;节流孔直径越大,径向承载力、轴向承载力和耗气量越大。     

矩形空气静压导轨气浮垫性能的数值分析

采用有限差分法对一种新结构气浮垫的压力场进行了数值仿真分析.通过理论分析对气浮垫气膜压力分布和承载能力进行了研究,采用网格重叠和网格拼接技术划分网格,并对气体润滑状态控制方程和弹性薄板变形的控制方程进行了耦合计算,得到气浮垫的承载力和刚度.理论计算结果表明:在气体压力的作用下,环形弹性薄板产生弹性变形,引起节流面积和均...     

考虑附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性研究

对考虑附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性进行研究.首先采用Hamilton原理和有限元离散化方法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下,给出该系统的刚柔耦合动力学方程(即一次近似耦合模型),以及相应的非惯性系下的动力学模型,然后通过数值仿真对系统的动力特性进行研究.仿真结果显示,即使是小的附加质量也会对系统动力特性产生重要影响,附加质量使得梁的响应幅值变大和响应频率降低,且会影响柔性梁和中心刚体的终点位置.附加质量的影响随系统大范围运动的角速度的增大而变大.当系统大范围运动为低速时,传统的混合坐标模型仍然会导致较大误差;当系统大范围运动为高速时,传统的混合坐标模型存在失效的可能.     

气浮主轴轴向闭式支承系统静特性数值分析

求解气体润滑问题的最大难点在于如何获得雷诺方程的精确解。为了提高气浮主轴轴向支承系统的设计精度,在建立小孔节流气体静压止推轴承润滑数学模型的基础上,运用有限元方法对雷诺方程进行离散化。基于MATLAB7.0工具平台,采用超松弛迭代法,开发求解气体静压止推轴承压力方程与静特性的数值仿真软件。以某气浮主轴轴向闭式支承系统静特性参数设计为例,通过数值仿真,获得单侧止推轴承润滑气膜的压力分布,及不同节流孔直径与不同供气压力下的静特性性能;以刚度最大为优化目标,确定该气浮主轴止推轴承的结构参数与操作参数,并由此获得闭式支承系统的静特性。     

双缸型直线压缩机非线性动力学特性分析

为获得双气缸式直线压缩机工作过程中的活塞运动特性,耦合压缩机气体作用力方程和直线电机推力方程,建立了工作过程活塞非线性动力学模型。运用能量平衡原理对非线性振动方程进行了求解,获得了动力学模型的近似解析解,分析了活塞运动的稳定性特点和工作过程幅频关系。研究结果发现:双缸型直线压缩机工作过程具有明显的自激振动特点,初始时刻压缩机运动状况不影响最终的运行结果,经过一定时间后,活塞运动会趋于稳定的极限环,最终达到恒频恒幅运动;活塞运动频率不具有"固定频率"属性,它不仅受到压缩机物理结构参数的限制,同时也受到电机推力和进气压力的影响;随着进气压力的增加,活塞运动频率增大,且在高负荷状态下,压缩机活塞运动频率主要受进气压力决定。     

轴向运动耦合热弹梁的稳定性分析

研究了轴向运动梁的耦合热弹稳定性.根据轴向运动梁的运动微分方程和考虑变形影响时的热传导方程,得出了温度场和变形场耦合情况下梁的耦合热弹运动微分方程.对两端简支轴向运动梁耦合热弹振动的复频率进行了数值计算,得出了无量纲复频率与无量纲运动速度之间的关系曲线.分析了无量纲热弹耦合因子、无量纲运动速度和梁的长高比对梁的临界速度和稳定性的影响.     

弹性箔片动压气体推力轴承承载性能研究

气弹耦合解是准确预测弹性箔片动压气体轴承承载性能的有效方法。通过引入箔片的弹性变形以及联立求解动压气体润滑Reynolds方程和弹性箔片的变形方程,给出了弹性箔片动压气体推力轴承的气弹耦合解。应用气弹耦合解理论,将顶层箔片的局部弹性变形纳入考虑范围,对弹性箔片动压气体推力轴承的承载性能进行了计算和分析。有限元数值仿真结果表明:顶层箔片在气膜压力作用下的局部弹性变形直接导致弹性箔片动压气体推力轴承承载能力的降低;根据轴承瓦块上气膜压力分布的特点合理设计支承拱箔的结构形式,可以减小顶层箔片的局部弹性变形,有效提高轴承的承载能力。得到了一种承载能力较高的弹性箔片动压气体推力轴承支承拱箔结构设计方案。     

轴向槽气体轴承-转子非线性系统的动力学行为

针对轴向槽气体轴承支承的转子非线性动力系统,研究了系统动力学行为的不平衡响应和分岔。采用矢量拟合近似求解的方法,建立了轴向槽气体轴承的有理函数模型,通过耦合转子运动模型,提出了一种轴向槽气体轴承-转子非线性系统动力学模型,在对其动力学行为求解过程中避免了对动态气膜力的反复求解,减少了计算时间。运用轴颈和圆盘中心的轨迹图、频谱图、Poincaré映射和分岔图分析了轴向槽气体轴承-转子系统的非线性不平衡响应和分岔行为。以转速为分岔参数研究了非线性系统从倍周期运动通向混沌的道路,以质量偏心为分岔参数研究了非线性系统的倍周期运动的倒分岔行为。数值结果表明轴向槽气体轴承-转子非线性系统存在复杂的动力学现象及分岔行为。     

广义边界下含双相流水平井钻柱频率特性分析

钻柱在内流作用和旋转因素的影响下容易产生耦合振动,发生疲劳失效。本文基于微分求积法（DQM）对含双相流水平井钻柱耦合动力学特性进行了研究。利用扩展的Hamilton变分原理建立了计入内流、轴向压力及旋转等因素影响的水平井钻柱动力学方程。在振动问题中考虑了广义边界条件,通过改变边界等效弹簧刚度将模型简化为简支、悬臂等简单边界条件模型进行研究。通过分析旋转角速度、轴向压力、液相流速、气体体积分数等因素对模型频率特性的影响,得到了无量纲固有频率随不同参数变化的特征曲线。分析结果表明：不同边界条件下模型的频率特性曲线有很大的差别;气体体积分数对临界流速的影响在悬臂管系统中表现的更为明显;在简支管模型中,随着轴力的增大会产生模态耦合颤振。此外,通过液相流速和旋转角速度的频率云图展示了两种因素对钻柱频率特性的影响。     

黏弹性传动带系统1/2次亚谐-主参数共振分析

基于参数激励作用下黏弹性传动带横向振动运动方程,应用多尺度法得到1/2次亚谐-主参数共振的近似解。分析了黏弹性参数、调谐参数、轴向速度等参数对稳态响应幅值和存在区域的影响,揭示了黏弹性带的动力学现象。     

基于摩擦配副变形的轴向柱塞泵配流副流固热耦合影响因素分析

通过考虑轴向柱塞泵配流盘摩擦配副的缸体和配流盘耦合变形,建立了配流副的热流固多场耦合仿真分析模型。用有限元法求解模型中的柱塞流道压力场和温度场以及配副耦合热变形,其结果能够可视化地实时观测在整泵运动过程中两配副表面不同的温度和变形动态分布过程,从而揭示出多因素对其表面油液润滑特性的影响规律,并指出各因素的影响的权重。结果表明：配流副油液的压力和温度与配副两表面的热弹性变形量的具有耦合交互影响,在轴向柱塞泵的配流副高压压油区,由于压力较大,此区域结构变形和温度分布较大。不同工况条件下,压力和转速的提高,会导致结构的应力变形和温度分布成正相比。压力对变形和温度的影响权重均大于60%,明显大于速度的影响,压力对其起着决定性作用。     

主动液压激波作用下管道振动控制的运动分析与试验研究

为研究在主动液压激波作用下管道振动的动力学特性,建立流体的数学模型,设计出变频液压管网激振测试系统,用特征线法编程对激波作用下的有压脉动内流进行数值模拟。采用有限元法把管道简化为梁模型,建立考虑流固耦合的充液管道在激波作用下的振动方程,在保证特征线各断面与有限元节点重合的前提下,采用Newmark法编程将特征线法求得的流体各断面横向压力载荷施加到管道有限元的单元节点上,求得各断面处的动力响应。仿真结果表明,管道在轴向弹性支撑条件下,在激波作用下管道各断面压力和流速为简谐波,但两者呈反相关系。其横向各断面运动为简谐振动,振幅随系统压力的升高而升高,发现管道横向各断面振动波明显滞后于各断面对应的压力波,而轴向振动则由于弹簧与液体轴向力的耦合作用而出现较高的振动频率。数值模拟结果与试验结果基本比较吻合,揭示出流体动力学参数与管道振动之间的耦合关系,为激波作用下管道的二维振动特性及可控性研究提供了一些理论依据。     

带式气垫输送机气膜承载能力的有限元分析

本文将带式气垫输送机的气膜承载问题简化为雷诺方程表示的二维气体润滑问题,用有限元法加以计算求解,得出气膜压力分布、承载能力、供气量等技术指标与进气压力、节流孔直径和排数、气膜厚度等设计参数的数值关系,以及带式气垫输送机的一般性设计原则。     

磁场中轴向变速运动载流梁的参强联合共振

研究磁场环境中轴向变速运动载流梁在简谐激励作用下的参强联合共振问题,应用弹性力学理论、电磁场基本理论以及哈密顿变分原理,得到轴向变速运动载流梁的非线性磁弹性耦合振动方程。利用伽辽金积分法对其进行时间变量和空间变量的离散化,进而运用多尺度法以及坐标变换的方法求得系统主共振-主参数共振的幅频响应方程。通过算例,得到了系统随不同参数变化的幅频响应曲线图、时间历程图、相轨迹图、庞加莱映射图和共振系统的动相平面轨迹图,分析了轴向速度、轴向拉力、磁感应强度、电流密度及强迫激励对系统主共振-主参数共振特性的影响,结果表明系统呈现典型的非线性振动特征和复杂的动力学行为。     

计及非线性变形的刚-柔耦合动力学建模

考虑变形产生的几何非线性效应对运动柔性梁的影响，在柔性梁的纵向、横向变形位移中均考虑横向弯曲以及轴向伸缩的耦合作用，从非线性应变-变形位移的原理出发，说明增加耦合变最后，剪应变为零，由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。并采用有限元离散，通过Lagrange方程导出系统的动力学方程。最后对一带有中心体的柔性梁，在大范围运动为自由和大范围运动为已知两种情况下进行仿真计算，结果表明，在结构有初始变形的情况下，仅在纵向变形中计及变形二次耦合量的一次动力学模型，与考虑完全几何非线性变形的文中模型具有一定的差异。     

影响锥阀阀芯轴向振动的关键因素

锥阀由于结构简单、密封性好、响应快,在液压系统中被广泛采用。而锥阀在使用过程中易产生振动、噪声与空化等现象,影响了液压系统的调压稳定性和工作可靠性。锥阀从本质上来看是由阀芯-弹簧构成的弹簧质量振动系统,在流场扰动因素的作用下极易产生振动,从而引起压力调节阀的调定压力产生波动。运用流固耦合的方法分析了不同阀芯结构对锥阀轴向振动的影响,发现在阀芯轴向振动过程中阀口逆压力梯度区的压力波动幅值和相位会产生剧烈变化,对阀芯轴向振动幅值产生较大影响。     

转子运动激励下叶片的振动特性分析

研究了航空发动机叶片在转子运动激励下的非线性动力学特性,利用一阶活塞理论来计算气动力,考虑大变形所带来的几何非线性的影响,利用Hamilton原理建立了叶片的连续体模型,采用伽辽金法将叶片简化为单自由度模型,通过多尺度法导出了叶片在参数激励与强迫激励作用下联合共振幅频响应的一阶近似方程;分析了转子扭转角度的幅值、稳定转速、气体的来流速度以及叶片的形状参数对于叶片幅频响应特性的影响。通过解析和数值分析,表明以上的参数是促使叶片动力学行为发生变化的敏感参数。同时应用奇异性理论得到系统主参数共振-主共振稳态响应的转迁集和分岔图,并对低风速情况下的叶片进行了试验分析。     

分离式波箔动压气体推力轴承压力场特性研究

分离式波箔气体轴承是新一代柔性气体轴承,其承载能力的准确预测是该类轴承性能预测和设计准则确定的基础,箔片的变形和气膜压力的求解是承载能力预测的关键。分别采用线性刚度模型和薄板弯曲模型对分离波箔片和平箔片变形进行建模。应用非线性数值求解方法对可压缩气体Reynolds方程和变形方程进行气弹耦合数值求解,获得了轴承的压力分布。结果表明分离式波箔片可以提高轴承的承载能力,而平箔片的变形会导致承载能力的降低。通过比较发现计算结果和实验数据具有较好的一致性。