基于实验模态分析的涡轮增压器压缩端振动响应分析

在实际工程中,由于测试环境和成本因素,不可能对结构每个点的响应进行测量和监控。通过结构模态分析,利用一些可测点的响应来确定不可测点或其他点的响应具有很重要的理论意义和实际价值。本文以涡轮增压器为研究对象,提出了基于注油孔与压缩端传递导纳的压缩端响应的测量方法,通过对涡轮增压器进行实验模态分析,获得系统的频响函数和注油孔与压缩端之间的传递导纳。利用注油孔的振动响应与上述模态试验中获得的传递导纳,可以确定压缩端的振动响应。结果表明:利用该方法得到的结果不论在频域还是时域都和实测结果相吻合。     

基于实验模态分析的涡轮增压器压缩端振动响应分析

摘　要：在实际工程中，由于测试环境和成本因素，不可能对结构每个点的响应进行测量和监控。通过结构模态分析，利用一些可测点的响应来确定不可测点或其他点的响应具有很重要的理论意义和实际价值。本文以涡轮增压器为研究对象，提出了基于注油孔与压缩端传递导纳的压缩端响应的测量方法，通过对涡轮增压器进行实验模态分析，获得系统的频响函数和注油孔与压缩端之间的传递导纳。利用注油孔的振动响应与上述模态试验中获得的传递导纳，可以确定压缩端的振动响应。结果表明：利用该方法得到的结果不论在频域还是时域都和实测结果相吻合。     

传递路径分析中计算子系统频响函数的方法

传递路径分析是在振动噪声控制领域被广泛应用的一种有效方法。传递路径分析中将振动系统分成主动部分、被动部分以及连接主、被动部分的若干传递路径。在传递路径分析中需要对被动部分的频响函数进行测量。传统的传递路径分析需要先拆除子结构然后再测量频响函数,测试过程十分繁琐。提出了一种全新的方法来计算子系统的频响函数,直接由整个系统的频响函数矩阵推导得到子系统的频响函数矩阵的计算公式。该方法不需要对子系统进行物理解耦,大大缩短了测量子系统频响函数所需要的时间。数值算例和实验均验证了该方法的正确性和有效性。     

涡轮增压器转子的振动分析及故障诊断

某型汽车涡轮增压器高速转子正常工作时转速每分钟可达十万转，由于该涡轮增压器在使用及出厂实验过程中经常发生转静子碰磨故障，该故障危害严重一旦发生往往导致增压器设备完全报废。针对这一问题，对50多台涡轮增压器进行了振动测试，并对测量信号应用HP3567A进行了频谱分析。根据所测信号自功率谱、瀑布图以及阶次跟踪图的特点，确定了该转子的振动特点，找出其发生碰磨故障的主要原因，为产品的排故提供了依据。     

基于振动响应传递比函数的系统识别研究进展

与频响函数反映动力系统输入-输出的关系不同,振动响应传递比函数反映的是系统输出-输出之间的关系。振动响应传递比函数可以有效地避免对系统输入的测量,近年来成为系统识别领域重要的分析手段。该文对振动响应传递比函数进行了分类,揭示了传递比函数的特性,并着重阐明了传递比函数与频响函数之间的内在联系。以此为基础,综述了局部传递比（local transmissibility）和传递比矩阵（transmissibility matrix）在结构模态参数识别、损伤识别和模型修正应用中的研究进展。最后,该文指出了基于传递比函数的系统识别存在的问题,并对将来的研究思路作出了展望。     

MIMO随机振动试验频响估计中激励和响应的同步方法

频响函数估计是多输入多输出随机振动试验控制算法中的必要环节。在振动环境试验中,通常不采集振动台的实际激励信号,而用实测的响应信号和计算机内存中的激励信号来进行系统频响函数估计。由于计算机内存中的激励信号与实际振动台上的激励信号之间在相位上存在着差异,从而导致实测的响应信号和计算机内存中的激励信号不同步。这给系统频响函数的估计带来了较大困难。为此,根据线性系统中激励和响应之间的关系,结合随机减量法,提出了一种二次相关法用于系统频响函数的估计。用该方法进行频响函数估计只需要采集响应信号。在三轴振动台上进行了对比试验,结果验证了本文所提出的二次相关法的正确性。     

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。     

加速度对涡轮增压器球轴承-转子系统动力学特性的影响

车用涡轮增压器转子系统具有高速、轻载荷、大柔性、小尺寸、多激励、变工况特点,球轴承涡轮增压器轴承-转子系统转速会在较大范围内频繁变动。针对某型号车用球轴承涡轮增压器,建立考虑了密封结构和气流激振的球轴承涡轮增压器转子动力学模型,分析了不同加(减)速度下的球轴承涡轮增压器转子瞬态响应规律,并与该转子系统临界转速、稳态响应及临界转速实验结果进行对比分析,结果表明:球轴承涡轮增压器一阶临界转速随加(减)速度增大而减小,二阶临界转速随加(减)速度增大而增大;加(减)速下的球轴承涡轮增压器转子振幅在临界转速附近随加(减)速度增大而增大,非临界转速范围内变化不大。     

用于微振动控制的隔振器分析和实验

首先从隔振系统频响函数出发,得到系统最优频响表达式,然后根据最优频响条件,设计了一种用于微振动控制的隔振器,并通过实验测试隔振器的特性,获得了由隔振器和不同质量元件构成的系统的振动加速度和振动传递率。实验与理论计算结果一致性较好,说明设计是正确的。     

用于间接获取耦合界面频响函数的变截面频响探针研究

针对传统逆子结构理论在实测中耦合界面响应数据难以获得的问题,在已有等截面频响探针技术的基础上,为调和等截面探针过细无法固定传感器、施加激励和过粗难以深入到系统耦合界面的矛盾,提出一种更为实用的变截面频响探针技术。基于杆件纵向振动的通用动力学方程,对变截面面积函数进行代换,从而得出变截面杆件纵向振动方程式的解。通过理论推导,得到变截面频响探针技术的公式。为了去除频响探针自身质量对测量结果的影响,对变截面频响探针技术公式进行了优化。运用有限元方法对变截面频响探针技术进行了验证。结果表明变截面频响探针技术可以用来获取界面响应的不可测数据,且相比等截面探针更为实用。     

转子系统瞬态不平衡响应的有限元分析

推导了简单Jeffcott转子几何中心运动的解析表达式及转子系统瞬态振动的幅值，详细讨论了转子系统通过临界转速时初始条件引起的瞬态振动、同频振动和伴随自由振动的特性以及阻尼和启动加速度对系统瞬态响应的影响。此外建立了弹性转子系统的有限元模型，通过直接积分法求得系统的瞬态响应．得到系统通过临界转速时的共振幅值，并与试验取得一致的结果。本文的分析对工程中合理地进行转子系统参数设计，考虑共振区的迟滞现象。尽可能错开转子系统固有频率和工作转速频率提供一定的理论参考。     

考虑密封结构的球轴承涡轮增压器转子动力学特性研究

【摘要】：针对某型号车用球轴承涡轮增压器,利用密封力与油膜力动力学相似原理,将增压器转子系统中的密封结构视为一种油膜轴承,应用短轴承理论计算得到其刚度和阻尼矩阵并代入模型进行仿真计算,并与临界转速实验结果和未添加密封结构模型的计算结果进行对比,得到了密封结构对增压器转子系统临界转速、稳定性、不平衡响应的影响规律。结果表明：研究分析球轴承涡轮增压器转子动力学特性必须考虑密封结构,且可以应用短轴承理论分析密封结构动力学特性。     

An improved time-varying mesh stiffness algorithm and dynamic modeling of gear-rotor system with tooth root crack

When a tooth crack failure occurs, the vibration response characteristics caused by the change of time-varying mesh stiffness play an important role in crack fault diagnosis. In this paper, an improved time-varying mesh stiffness algorithm is presented. A coupled lateral and torsional vibration dynamic model is used to simulate the vibration response of gear-rotor system with tooth crack. The effects of geometric transmission error (GTE), bearing stiffness, and gear mesh stiffness on the dynamic model are analyzed. The simulation results show that the gear dynamic response is periodic impulses due to the periodic sudden change of time varying mesh stiffness. When the cracked tooth comes in contact, the impulse amplitude will increase as a result of reductions of mesh stiffness. Amplitude modulation phenomenon caused by GTE can be found in the simulation signal. The lateral–torsional coupling frequency increases greatly within certain limits and thereafter reaches a constant while the lateral natural frequency nearly remains constant as the gear mesh stiffness increases. Finally, an experiment was conducted on a test bench with 2 mm root crack fault. The results of experiment agree well with those obtained by simulation. The proposed method improves the accuracy of using potential energy method to calculate the time-varying mesh stiffness and expounds the vibration mechanism of gear-rotor system with tooth crack failure.     

Investigation on Axial Displacement Fault Mechanism Based on Dynamic Characteristic Coefficients Identification of Tilting-Pad Thrust Bearing

To prevent the thrust bearing damage faults, the thrust bearing pad temperature and the static axial displacement variation are usually monitored and cared about, but axial vibration caused by axial dynamic excitation can also result in the severe rubbing. An electric oil pump system with overflow valve is designed on a similar industrial centrifugal compressor test-rig to apply the axial low-frequency excitation from 3 to 7 Hz, and the axial and radial vibration response amplitudes are analyzed. Then, the stiffness and damping coefficients of tilting-pad thrust bearing (TPTB) are identified by instrumental variable filter (IVF) algorithm to reveal the mechanism of TPTB dynamic characteristics affecting axial vibration. Finally, a fault case about surge and the rubbing of thrust bearing is studied. Compared with axial vibration, radial vibration does not directly correlate to axial excitation, and the axial frequency spectrum is an effective method to diagnose axial displacement faults; the static axial load, the dynamic excitation amplitude and the excitation frequency all exert influence on thrust bearing dynamic characteristics and axial vibration response. The research results can guide the design of thrust bearings and help to diagnose the axial displacement faults, while the test device and method can be used to measure the static and dynamic characteristics of thrust bearings.     

基于频响函数求逆法的双层圆柱壳体速度场重构

从双层圆柱壳体结构水下噪声实时预报出发,基于在内壳体上布置大量传感器来监测壳体噪声的工程方法,提出了双层圆柱壳体表面速度场实时重构方法。先试验测量到不同工况下内、外壳振动频响函数,并用H4方法进行估计,再用频响函数求逆法得到内、外壳体响应间的振动传递率矩阵。实际应用时,根据内壳体上有限测点的信号实时重构出当前工况下的外壳体表面速度场,为水下噪声的实时计算提供输入。大型舱段模型试验验证表明该方法现实可行,重构出来的外壳体速度场能满足水下噪声实时预报要求。     

Practical Considerations for Estimating Road Vehicle Frequency Response Functions from Response Data

This paper describes the application of a practical method to estimate the dynamic characteristics (frequency response function) of road vehicles using only on‐the‐road vertical vibration response data measured during nominally constant operating speeds. While several methods exist to estimate these dynamic characteristics, they are generally either inexact or prohibitively resource intensive. A review of two analytical approaches for estimating the frequency response function of road vehicles using only on‐the‐road vibration response data is presented. The first approach is based on the assumption that the road elevation profile takes the form of a specified spectral function. The second approach is based on the random decrement technique. A practical, step‐by‐step guide to undertaking on‐the‐road vehicle vibration measurements is included and provides numerous useful tips and considerations that should be taken into account. An investigation was also undertaken into the minimum record length (i.e. fraction of road length) required to accurately estimate the dynamic characteristics of road vehicles using a Monte Carlo simulation. From the study, it was found that a minimum road length of 10 – 15 km is sufficient to obtain a reasonably accurate estimate. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

液固混合介质隔振器的响应计算与防跳跃设计

液固混合介质隔振器是一种基于新型机理的隔振装置,主要由波纹管容器与浸于液体中的弹性单元体组成,其轴向刚度可近似为分段双线性刚度。针对具有这种刚度特性的隔振器,主要从动力学角度提出了具体设计方法,解决了系统响应求解及跳跃现象的预防等问题。首先采用平均法及其含直流项的修正方法分析了隔振系统的非线性频响特性及各参数对固有频率的影响,而数值仿真验证了解析方法的正确性。进而为了避免跳跃冲击,基于频响方程给出了单元体数量等参数临界值的计算方法。     

《基于振动频响法的变压器绕组变形检测》

为了更加有效地识别绕组的变形故障,在基于机械振动频响法对变压器绕组进行检测的基础上,提出了标示绕组形变程度的振动频响曲线相关系数。通过对大型变压器的绕组进行人为故障设定,利用机械振动频响法对故障绕组进行检测,试验证明该振动频响曲线相关系数对判断变压器绕组变形具有较高的灵敏度。     

Laplace小波相关滤波法与冲击响应提取

冲击响应信号的出现标志着机械设备发生松动，碰撞，冲击等故障。在复杂的振动信号中准确提取出冲击响应信息在机械故障诊断中具有重要的意义，介绍了用来识别冲击响应信号的Lapalce小波相关滤波法，通过对含有噪声的模拟冲击响应信号的识别，证明该方法能够在强大噪声干扰中准确捕捉到冲击响应信号。工程应用结果表明，相关滤波法可以从复杂的内燃机缸盖振动信号中准确定位进气阀关闭时冲击发生的时刻及频率，从而成功地诊断出因进气阀磨损而导致的漏气故障。