并排塔器耦合流场特性研究

随着化工设备大参数化,并排塔器日渐增多,其设计一直是工程应用中亟待解决的问题。采用ANSYS CFX数值模拟,建立了3座并列排布塔器的计算模型,分别采用k-ε模型和大涡模型(LES)开展了三维稳态与瞬态流场数值模拟研究,分析了并排塔器的表面压力分布,升力系数、阻力系数以及斯托罗哈数等流场特性。研究结果表明,间距比为3≤S/D≤5时存在强耦合区;当S/D 5时,流场的耦合作用减弱,各塔的振动特性趋近于单座塔器。处在流场中不同位置的塔器,其耦合作用强弱顺序为:中游塔器下游塔器上游塔器。在横风向振动中,下游塔器对上游塔器具有稳流作用;在顺风向振动中,上游塔器对下游塔器具有遮挡作用。     

摩擦阻尼器对塔器风致振动的减振试验研究

横风向振动是引起高耸塔器破坏的原因之一。随着塔器高径比不断增加,高耸塔器防振技术成为近年来重要的研究方向,对塔器的安全运行具有重要意义。设计了一种摩擦阻尼器,以某化工塔为原型建立了小试试验模型。通过小试试验开展了摩擦阻尼器在风致振动下的塔器减振效果研究,并与限位支撑进行了对比分析。结果表明,平行于塔器振动方向的摩擦阻尼器对塔器减振起主要作用,为保证在任意方向的风载荷作用下均可达到减振的目的,应在摩擦阻尼器安装高度处的水平面互相垂直的两个方向上分别布置1~2组摩擦阻尼器。阻尼器与塔器连接处的间隙会减弱摩擦阻尼器的减振效果,因此,在实际工程中应尽量减小该处的间隙。摩擦阻尼器对塔器的减振效果明显优于在同一位置处设置限位支撑。在本文试验范围内,摩擦阻尼器最大可使塔器塔顶振幅降低23.44%。本文研究结果可为摩擦阻尼器在塔器减振工程中的应用提供参考。     

流致振动差压式测振装置的研究

为解决管束流致振动试验中,现有接触式振动测量方法的应用局限性,提出一种基于测量受激对象换热管两侧压差脉动频率原理的测振装置,即差压式测振装置。差压式测振装置解决了传统接触式传感器对换热管外部流场的干扰问题以及安装空间受限的问题。为了验证差压式测振装置的有效性,分别进行了单管和换热管束两类流致振动测试试验。试验结果表明,差压式测振装置能在复杂的流动环境中准确捕捉到换热管受到的各类激振形式的频率,而且单管流致振动试验结果表明差压式测振装置所测得的周期性涡激振动频率与理论值偏差在5%以内。因此,差压式测振装置的研制与应用对于流致振动试验的测试以及换热管振动的长期监测均有很重要的意义。     

叠层板型堆芯元件模型的流致振动测试

为了保证叠层板状结构在流致振动时的强度、刚度、稳定性及可靠度，需要测量和分析叠层板状结构在流场中的固有振动特性。由于结构元件各单板之间的距离很小，常规的测试方法不能测出该结构的真实动态特性参数，提出一种电磁法测试技术。测试结果表明：叠层板状元件的固有频率随着流速的增大而下降；其流致振动是一种随机振动过程，并具有复模态特性；电磁法具有较高的可靠性和精度，对流致振动测试具有较好的实用胜。     

刚柔混合输流管的流致振动稳定性研究

弹性管和刚性管串联而成的混合输流管是典型的刚柔耦合系统。基于Hamilton原理,建立了刚柔混合输流管的动力学模型,利用悬臂梁的模态函数对方程进行Galerkin离散,分析了混合管的流致振动稳定性问题,讨论了两管连接处转动弹簧的刚度、刚性管与弹性管的质量比和长度比对系统临界流速的影响。结果表明,刚性管长度比的增加能显著降低混合管的临界流速,并且主要发生2阶模态失稳。当刚度和质量比取某些值时,随着内流流速的增加,混合管可能出现“失稳(2阶模态)-稳定-再失稳(3阶模态)”的变化过程。此外,随着弹性管质量比的增加,还观察到了混合管由2阶模态过渡到4阶模态的失稳模式。     

发夹式换热器管束流致振动数值模拟研究

运用计算流体力学方法,采用ANSYS CFX软件对发夹式换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟。流场计算中采用多孔介质模型对管束区域进行简化,分析了壳侧流场的速度分布,结果表明:直管段部分的流体湍流强度大于弯管段,且外层管束所在区域为高流速区,受流体冲刷严重。结合流场信息,通过功率谱生成随机激振力,采用ABAQUS软件模拟计算了湍流激振下管束的振动响应,结果显示管束的面外均方根位移远大于面内位移,且弯管部分的振动位移最大。该研究结果可为发夹式换热器的性能分析和优化设计提供参考和依据。     

核级管壳式换热器管束流致振动的TEMA标准分析方法

换热器广泛应用于核电厂传热过程,其中折流板管壳式换热器是最常见的一种。但是,这类换热器的传热管束易发生流体诱导振动,造成设备破坏。针对核级管壳式换热器的实际运行工况,依据TEMA标准,探讨了卡门旋涡、紊流抖动、流体弹性不稳定、声振动流致振动的分析方法,对防止管束流致振动破坏提出了解决办法。     

CAP1400堆内构件流致振动试验件设计和测点布置研究

CAP1400反应堆堆内构件为原型堆内构件,根据RG1.20《预运行和初始启动试验期间堆内构件综合评估大纲》[1]的要求,有必要对堆内构件进行流致振动模拟试验,即进行CAP1400堆内构件流致振动模拟试验研究项目,以验证堆内构件的流致振动水平在可接受范围内。试验件的设计及测点布置应充分考虑试验数据的准确性、制造的工艺性及测点的可达性,在此基础上真实反映CAP1400堆内构件流致振动情况。     

基于振动能量流的含呼吸裂纹悬臂梁非线性振动特性研究

裂纹是重大悬臂梁结构中常见的一种损伤形式,尽早识别损伤裂纹对于提高安全性、避免事故发生等具有重要意义,但传统基于位移的振动分析方法对小裂纹并不敏感。为此,引入振动能量流分析方法,建立了含呼吸裂纹的悬臂梁振动能量流模型,重点仿真分析了裂纹深度和位置对系统瞬时耗散和输入能量的影响,揭示了微小裂纹产生的亚谐波和超谐波非线性振动现象。结果表明,论文所研方法比传统方法对小裂纹更敏感,从而为裂纹早期识别提供了一种新途径。     

耦合板结构振动功率流传递特性研究

针对具有特殊结构和特殊边界条件的带孔口型耦合板结构不易求得振动问题解析解的这一情况,将结构有限元动响应分析方程的应用推广到板壳振动功率流理论计算中,用以分析耦合板结构振动能量传递特性。首先建立带孔口型耦合板结构模型,应用Abaqus软件中的稳态动力学分析法对其振动功率流进行分析计算,得到结构共振频率处的传递路径图,从而能直观描述结构振源和振动能量传递形式;其次研究施加阻尼器对振动功率流传递路径及其数值曲线的影响。研究结果表明,振动功率流的分析及阻尼器的施加,为耦合板结构的减振降噪提供一定的依据。     

高温环境船舶基座振动功率流特性研究

船舶设备基座常工作于高温环境下,但在设计中并未考虑温度的影响。通过对Abaqus软件二次开发实现功率流计算功能,并以功率流作为评价指标,采用不同激励方案对不同温度条件、肘板厚度、肘板间距的设备基座进行研究。结果表明,肘板厚度和肘板间距在各阶固有频率处对基座纵向传递功率流影响并不一致;低阶固有频率处温度上升将会改变肘板厚度对功率流的影响趋势;高阶固有频率处温度升高加剧功率流的波动程度且使功率流变化更为复杂。     

基于神经网络的振动响应趋势预测研究

将Levenberg-M arquardt BP人工神经网络应用于复杂的非线性振动响应的趋势预测,避免了时序分析复杂的数据预处理、模型识别、参数估计和模型适用性检验过程。通过对样本预测效果的比较,全面考虑了网络的输入层、隐层和输出层的神经元节点数和各层之间的传递函数对预测精度的影响,引入Box-Cox变换改善了网络的收敛性并加快了网络的收敛速度,同时采用重复训练法来提高网络的稳定性和预测精度。预测实例表明,相比于传统的时间序列分析方法,这种预测方法能对振动响应的趋势进行更准确的预测。     

水轮机的振动特性研究

以有限元的方法求解水轮机部件的流固耦合振动特性,给出了具有借鉴意义的结果以及应对水轮机振动所引发问题的相关对策     

磁致伸缩效应对永磁同步电机振动噪声影响分析

在永磁同步电机振动噪声的研究中,人们往往只考虑径向电磁力的影响,忽略定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先分析了电机电磁场和机械场耦合问题的数学模型,然后建立了一台8极36槽永磁同步电机二维和三维模型,结合磁致伸缩特性测量曲线,计算了有无磁致伸缩效应情况下电机的径向电磁力,并进行了谐波分析。最后进行了模态分析,并计算了有无定子铁心磁致伸缩效应时电机的振动特性与噪声幅值,确定了磁致伸缩效应对电机振动噪声谐波分布的影响。     

超磁致伸缩薄膜悬臂梁的非线性振动特性试验研究

超磁致伸缩薄膜(GMF)的振动特性是决定其驱动性能的重要因素。针对研制出的Cu基双层GMF(TbDyFe/Cu/SmFe),测量并分析了其磁致回线、矫顽力等磁化特性。在此基础上,采用基于激光位移传感器的薄膜振动特性试验装置,研究了Cu基GMF悬臂梁在低频低磁场下的振动特性,结果表明,Cu基GMF悬臂梁具有10阶超谐波共振特性,二、三阶超谐波共振的峰峰值均在35μm以上,且其一阶主共振呈现明显的"软弹簧"特征。最后,给出了直流偏置磁场和交流驱动磁场对Cu基GMF共振频率和振动幅值等驱动性能的影响规律,为设计开发低频低磁场驱动的GMF微执行器和微传感器提供试验参考。     

基于△E效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究

论述了基于△E效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究，分析了直流磁场导致Terfenol-D的杨氏模量变化及其对减振器的共振频率影响，提出了利用调节激励线圈中的电流改变Terfenol-D的应用磁场强度，导致Terfenol-D材料的弹性模量变化，从而使减振器共振频率在一定范围内改变的方法。通过简易悬臂梁机构进行的试验验证表明，利用Terfenol-D材料弹性模量的电气可调谐性能够实现减振器的共振频率调谐。     

尾流作用下风机振动的控制研究

上游风电机组的扰动效应使风机尾流处风场湍流强度增大,因此,下游风电机组的疲劳荷载显著增大。为了降低下游风电机组的风致响应,利用调谐质量阻尼器与旋转惯性双调谐质量阻尼器,开展尾流作用下的风机结构振动控制研究。采用致动线方法,实现了风机尾流风场仿真,风场数值仿真结果与实验值吻合;依据广义坐标理论,编制陆上风机结构风致响应分析程序,以实现读取任意风场数据并考虑旋转叶片与塔体耦合时变结构的风机整机风致动力响应分析,自编程序计算结果与商业程序基本吻合;采用调谐质量阻尼器与旋转惯性双调谐质量阻尼器对下游风电机组进行振动控制,降低风电机组风振响应,减小疲劳荷载。     

八连杆振动机构振动特性理论的研究

通过对八连杆这一新振动机构的深入研究与分析, 建立了一套完整的振动特性理论及解析方法。计算了振动特性的精确解, 数值计算证明了理论和方法的正确性。该研究结果为设计及改进高频振动机械提供了重要的理论依据, 其研究方法也完全适用于其他机械设备的振动特性的分析及研究。     

滚子链传动振动特性的研究

提出了滚子链传动的横向振动新模型，依据新模型导出了滚子链传动时横向动力响应的表达式     

钢连桥人致振动及TMD减振效应实测与分析

以某室外大跨轻柔钢结构人行桥为案例,介绍了该结构的设计概况及调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)减振设计,分别在结构施工完成后以及TMD装置安装后对其进行了实地动力测试,测得了该结构减振前后的模态特性以及在多种人行荷载工况下的振动响应,采用加速度峰值和均方根值为评价指标,分析了钢连桥人致振动情况及特性。结果表明:一端设计为滑动连接的钢连桥人致振动主要由第1阶竖向振型控制,扭动及水平振动响应相对较小;安装经优化设计的TMD装置后,整体连桥的频率特性没有明显变化,分布式TMD对多种频率激励工况均有良好的调谐减振作用,减振率达到35%~70%;共振激励下测得的原结构阻尼比较小,安装TMD后结构的阻尼比提高4倍,并且呈现出在自由振动衰减的前期较大,随着振动幅度变弱阻尼比降低;测试中发现TMD装置的减振效率对其阻尼比的变化不敏感。