基于LuGre摩擦模型的叶片碰撞摩擦特性研究

建立了基于LuGre摩擦模型的叶片冠间碰撞摩擦模型,研究了叶片冠间接触碰撞和摩擦的动力学特性和减振机理。并研究了冠间间隙、动静摩擦系数对成组自带冠叶片碰撞摩擦减振效果的影响。通过分析摩擦过程中鬃毛的变形,对LuGre模型进行有条件的简化,研究了带冠叶片接触碰撞运动和摩擦运动的分岔特性。研究结果表明,LuGre摩擦模型可以更加完善的描述预滑动阶段叶片冠间的摩擦特性。     

汽轮机自带冠叶片碰撞减振的研究现状与发展

自带冠叶片冠间接触碰撞减振结构具有减振、方便安装与检修、制造精度要求低等优点,已广泛用于汽轮机设计制造并在多台汽轮机上安全运行多年,但目前对这种结构的减振机理和减振效果的研究却很不全面。结合国内外碰撞振动理论的研究成果,从自带冠叶片的碰撞振动特性、动力学模型、数值方法和实验研究等方面来介绍该领域的研究现状,着重阐述对该领域相关发展方向的一些看法,最后展望该领域以后需深入研究的几个关键问题。     

航空发动机自带冠叶片减振特性研究

摘 要：将自带冠叶片模化为质量弹簧模型。自带冠叶片减振主要是由于冠间碰撞和摩擦的组合运动来实现的,因此本文将冠间的接触简化为带对称间隙的弹簧阻尼模型,摩擦模型采用Sgn模型,从而建立该系统的动力学方程,进而采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程。本文主要探讨了冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等多种参数对减振效果的影响。结果表明：叶片的振动能量与冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等参数有关,参数选取要考虑工作转速的范围。冠间的碰摩组合运动为硬式分段线性的非线性振动,因此本文同时采用Poincaré映射图和频谱图等方法对系统的非线性特性进行了一定的研究。
     

电磁-碰撞复合阻尼系统减振性能研究

提出了一种新型电磁-碰撞复合阻尼减振方法,通过理论推导,建立振动系统在复合阻尼作用下的振动力学模型。通过实验,分别测得相同初始位移激励下振动系统的自由振动、加碰撞阻尼的振动以及加电磁-碰撞复合阻尼的振动曲线。实验验证了复合阻尼系统减振效果和理论计算的正确性。实验结果表明:与自由振动相比较,加碰撞阻尼和加电磁-碰撞复合阻尼能够加快减小振动系统振动的振幅,其中电磁-碰撞复合阻尼的减振效果最明显。最后利用理论模型得到了不同结构参数对复合阻尼系统减振效果的影响规律,并对复合阻尼系统进行了参数优化设计。     

基于微滑移模型的B-G型叶片干摩擦缘板阻尼器减振特性研究

在干摩擦接触面间引入弹性剪切层来模拟干摩擦接触,考虑摩擦接触界面在振动过程中可能经历完全粘滞、局部滑移、完全滑移三个阶段,提出一种改良的微滑移摩擦阻尼模型。在该阻尼模型基础上对摩擦力-位移迟滞曲线进行了仿真,得到了符合工程实际的迟滞曲线;分析了不同外力下接触面上的摩擦分布,揭示了微滑移模型的本质;利用一次谐波平衡与等效线性化相结合,研究多种参数对阻尼器等效刚度和等效阻尼及减振特性的影响,得到的减振规律为工程中该类阻尼器设计提供了指导。     

制造误差影响齿轮副啮合的接触有限元分析方法

制造误差是影响齿轮副啮合的重要因素,研究其作用机理对齿轮的减振设计具有重要意义。首先基于几种典型制造误差的结构形式提出了一般的精确建模方法,以一对渐开线直齿轮为例,利用接触有限元分析方法对啮合过程进行仿真,发现理想齿轮副和含误差齿轮副啮合过程中的角速度、动态接触力特性表现出显著差异。然后进行单项误差影响齿轮振动的机理研究,分别以齿廓误差和齿距误差为对象,利用傅里叶变换量化分析了不同加工公差等级下的单项制造误差对齿轮副动态传递误差、角加速度特性的影响规律。研究表明:所提出的建模方法可以模拟任意形式的微小量级的制造误差,并体现在接触有限元分析中。不但能够用于精细化研究制造误差对齿轮副啮合过程的影响,还可以通过量化各项啮合特性分析单项误差影响齿轮振动的作用机理,并指导齿轮的减振设计和精度设计等。     

柔性多体系统碰撞动力学研究

摘 要：针对工程中常见的柔性多体系统碰撞过程,详细的分析了柔性多体系统的接触碰撞条件,基于非线性等效弹簧阻尼模型建立了柔性体的碰撞模型,并基于库仑摩擦模型考虑两体碰撞时的切向摩擦作用。在此基础上把柔性体碰撞模型综合到柔性多体系统动力学方程中,建立了含接触碰撞的柔性多体系统动力学模型,此模型适用于一般含碰撞的多体系统。仿真算例以柔性梁在重力场中的接触碰撞过程为对象进行动力学仿真,研究柔性梁碰撞前、碰撞过程及碰撞后的动力学特性和动态响应,以及碰撞过程碰撞力的变化规律,并与刚性梁在重力场中的接触碰撞过程进行详细的比较和分析,结果表明基于非线性等效弹簧阻尼模型建立的柔性多体系统碰撞动力学模型可以有效的分析接触碰撞过程的动力学性能,验证了模型的有效性和正确性。     

叶顶吸气效应抑制叶片振动的研究

吸气可以改变叶片周围的气流特性,多用来控制叶片吸力面流动分离。将吸气应用于叶片减振,通过模型实验研究了吸气对叶片振动的影响,改变吸气位置和吸缝长度,测量了不同条件下的叶片振幅并作比较。数值模拟计算了不同位置、不同速度吸气对叶片周围流场的影响,重点分析了叶顶间隙气流速度的变化。数值计算在一定程度上解释了实验结论,二者所得的规律统一。最终结果表明:叶片正上方或上方偏来流侧吸气有明显减振效果,模型实验条件下,振幅最大降低了27%。     

四列角接触球轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了四列角接触球轴承的动力学分析模型,并以某型号四列角接触球轴承为例,对不同结构参数与工况参数下的轴承振动特性进行理论分析。结果表明:对于四列角接触球轴承,根据使用工况选择大、小球列不同的内、外沟曲率半径系数与初始接触角更有利于轴承的减振降噪;对轴承施加一定的轴向预紧量可有效减小轴承振动;存在较为合理的轴向载荷、倾覆力矩及内圈转速范围使四列角接触球轴承在使用时的振动较小。     

一种求解干摩擦带冠叶片动力学响应的方法

考虑相邻叶冠之间的接触摩擦作用,将扭形带冠叶片简化为自由端带有集中质量的悬臂梁,冠间接触采用带有迟滞特性的宏观滑移模型模拟,基于Timoshenko梁理论和库仑摩擦定理,提出了一种干摩擦扭形带冠叶片动力学响应的数值求解方法。基于所提方法,分析了叶片安装角和扭角对干摩擦叶片动力学特性的影响,并通过有限元方法验证了求解结果。研究结果表明:随着安装角和扭角的增加,会削弱冠间接触表面的减振效果,但并不会对最优法向接触压力产生影响;并且,相比于有限元方法,所提方法在保证求解精度的情况,具有较高的求解效率。此研究结果能够为旋转扭形叶片冠间阻尼结构的设计和优化提供理论指导。     

基于叶尖定时的旋转叶片同步振动辨识新方法

为掌握旋转叶片在不同工作转速下的振动特性,利用叶尖定时测振系统对旋转叶片进行振动测试。分析了基于变速扫频测量的速矢端迹法理论,设计了一种多传感器辨识叶片同步振动的新方法。运用该方法对某型号航空设备的旋转叶片进行振动测量实验,准确地辨识出不同转速下旋转叶片的振动倍频、动频、振幅及阻尼系数等参数。频率和振幅辨识重复性精度分别高达0.0072Hz和5.7um。正确绘制出叶片振动坎贝尔图,实验辨识结果与叶片理论设计结果基本一致。     

Prediction of material coupling effect on structural damping of composite beams and blades

The present paper investigates the effect of material coupling on static and modal characteristics of composite structures. Incorporation of stiffness and damping coupling terms into a beam formulation yields equivalent section stiffness and damping properties. Building upon the damping mechanics, an extended beam finite element is developed capable of providing the stiffness and damping matrices of the structure. Validation cases on beams and blades demonstrate the importance of all stiffness and damping terms. Numerical results validate the predicted effect of material coupling on static characteristics of composite box-section beams. The effect of the full coupling damping matrices on modal frequencies and structural modal damping of composite beams is investigated. Box-section beams and small blade models with various ply angle laminations at the girder segments are considered. Finally, the developed finite element is applied to the prediction of the modal characteristics of a 19 m realistic wind-turbine model blade.     

时域衰减信号的复合材料叶片阻尼不确定性测试

基于复合材料叶片的时域衰减信号,对其阻尼的不确定性进行测试研究。首先,组建复合材料叶片的阻尼测试系统,提出具体的阻尼不确定性测试流程,并通过"标准差"指标来量化表征某一阶阻尼的不确定性程度;然后,以三种不同类型的TC500碳纤维/树脂基复合材料直板叶片为研究对象,通过测试获取其在不同衰减时刻的阻尼结果,并证明其阻尼确实存在不确定性现象;最后,讨论激励幅度、边界条件、背景噪声对复合材料叶片某一阶阻尼不确定性的影响程度和影响规律,并提出采用线性平均法来准确获得其阻尼结果。     

带凸肩叶片的稳态响应计算及其阻尼减振分析

研究干摩擦理论在航空发动机叶片组振动控制方面的应用，着重分析带凸肩叶片的动力特性及凸肩干摩擦副的阻尼减振规律。在引入凸肩干摩擦非线性连接元概念的基础上，将固定界面模态综合法推广应用于带凸肩叶片组动力有限元模型降阶；提出用阻尼因子解决凸肩干摩擦阻尼大小的度量问题；在稳态特性数值计算中构造了两步迭代算法，改善了Ｐｉｃａｒｄ单步迭代法收敛性差的缺点。编制了相应的计算程序，完成两叶片系统计算模型的数值分析。     

On the Problem of Improvement of the Damping Ability of Rotor Blades of Contemporary Gas-Turbine Engines

We present the results of experimental investigations of the influence of structural and technological factors on the damping ability of lock joints of compressor blades carried out at the Pisarenko Institute of Problems of Strength of the National Academy of Sciences of Ukraine, study the possibility of using dampers mounted in shroud joints of turbine blades, and formulate some recommendations concerning the possibility of im proving the damping ability of rotor blades of contemporary gas-turbine engines.     

低振动旋翼桨尖代理优化设计

为探索直升机低振动旋翼的工程设计方法,将代理优化与旋翼气弹耦合分析相结合,开展了旋翼桨尖几何外形设计,推导了非平直桨叶气弹动力学方程,训练了旋翼功率、模态阻尼以及振动载荷预测的Kriging代理模型.以气动性能与气弹稳定性为约束,以桨毂振动载荷最小化为目标,采用自适应加点准则设计了优化流程.以某旋翼为例,计算了其气动性...     

A review on fluid structure interaction in hydraulic turbines: A focus on hydrodynamic damping

Hydraulic turbines include stationary and rotating components. The interaction of the components, mainly between the runner blades and distributor vanes, is critical when the frequency of the rotor-stator interaction (RSI) approaches the runner natural frequency. This causes resonance in the turbine runner and the premature failure of the blades. Several turbines have experienced such problems in the last few years. The studies indicated that the added mass effect causes change in natural frequency of the runner. In the critical conditions, when the runner natural frequency is close to the RSI frequency, hydrodynamic damping is an important parameter in controlling turbomachinery blade-forced response. A reliable technique that can predict/estimate the change in the runner natural frequency due to added mass has yet to be developed. This paper reviews the investigations conducted on fluid structure interaction (FSI) focusing on the role of hydrodynamic damping during resonance, RSI and added mass effect. In specific, the review includes: (1) role of boundary layer to improve the damping effect, (2) how nearby structure and submergence level changes the damping effect, (3) dependency on mode-shape, (4) how freestream velocity and vortex shedding helps to increase damping, (5) damping during cavitation, (6) damping variation with respect to a dimensionless β parameter and (7) damping effect during rotation. In the summary, need for the future study of FSI within the field of hydropower and how damping is important in avoiding the catastrophic failures in the early life of hydraulic turbines is discussed.