L型管路系统动力学有限元建模及基于遗传算法的卡箍支撑位置优化

在航空发动机管路设计阶段,优化卡箍的支撑位置可使管路有效避开转子激振频率进而实现降低管路振动的目标。以L型管路为对象,研究了创建管路有限元模型及实现以避振为目标的卡箍支撑位置优化的方法。首先,提出了“以直代曲”的L型管路有限元建模方法,在此基础上用弹簧对模拟卡箍的支撑,创建了管路系统的动力学有限元模型。接着,以卡箍位置为设计变量,以激振频率与管路1阶固有频率的差值为目标函数,创建了以避振为目标的卡箍支撑位置优化模型。再则,描述了基于遗传算法求解该优化模型的具体流程。最后,以安装3个卡箍的L型管路为对象进行了实例研究,用试验校验了所提出的有限元建模方法的合理性,进一步通过执行优化确定了可以实现避振的最优的卡箍位置。同时,进行了卡箍的“安全域”分析,确定了各卡箍满足避振条件下的可移动范围。     

多卡箍支撑的管路系统振动特性半解析建模及支撑位置优化

在航空发动机管路系统动力学设计中,需尽量避开发动机的激振频率(主要是高压及低压转子系统的工作频率)以提升管路系统的工作可靠性。以一个多卡箍支撑的单管路系统为对象,提出基于粒子群算法实现卡箍优化布局进而有效避振的方法。考虑到该系统属于超静定结构,这里提出将管体和卡箍分开建模的方法。首先对自由边界条件下管体建模,再将卡箍以弹簧形式引入到管路系统,同时,在建模过程中提出用非均匀分布弹簧组模拟卡箍支撑以提升模型的分析精度。以卡箍位置为设计变量,创建了以同时避开两个激振频率为目标的管路卡箍布局优化模型,进一步给出了应用粒子群算法优化管路卡箍布局的计算过程。经实例研究,用试验校验了创建的半解析模型的合理性,该优化方法获得了避开两个激振频率时卡箍的优化布局。     

一种管道卡箍位置自动优化方法

管道卡箍的作用是提供管路刚性以减小管道的变形,因此管道施加卡箍的目的是最大限度地提高管道基频。基于仿真计算研究卡箍位置对管道基频的影响规律,提出一种基于管路模态位移的卡箍位置自动优化方法。首先对某任意空间管道进行卡箍位置对提高管道基频的灵敏度分析,研究卡箍位置对管道基频的影响规律,发现卡箍施加在模态位移最大处,管道基频将得到最大程度地提高;在此基础上,提出一种基于模态位移的卡箍位置自动优化方法,该方法以需要达到的基频为目标,将卡箍逐个施加到基频模态位移最大处,不仅能得到所需要施加的卡箍数量和位置,还能得到卡箍的施加顺序。最后,利用GJB3054-1997标准中规定的Z形和U形管道卡箍位置标准进行了方法验证,结果表明:通过该方法仿真得出的卡箍最优位置与GJB规范提出的卡箍位置完全一致,充分验证了该方法对于卡箍位置优化的准确性与有效性。     

基于卡箍优化布局的飞机液压管路减振分析

飞机液压管路振动过大是一个亟待解决的问题,考虑了主动消振方式较为复杂,难以在飞机液压系统实现,提出了基于系统特征阻抗,通过优化卡箍布局的被动消振方式。首先建立系统管道及各元件数学模型,利用传递矩阵法（Transfer Matrix Method, TMM）得到其频域特征阻抗变化规律。以激振源固有频率点的特征阻抗加权和为目标函数,利用粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization, PSO）在一定范围内调整卡箍位置,使在激振源频率点的特征阻抗加权和降到最低。通过优化卡箍位置,系统特征阻抗加权和较优化前衰减28.13%,验证了其有效性,为飞机液压管路的优化布局提供了一定的理论依据。     

局部贴敷阻尼层空间管路有限元建模及贴敷位置优化

为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动,描述了一种在管体表面局部贴敷黏弹性阻尼层对管路进行减振的方法,主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上,基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调用的阻尼层-空间管路参数化有限元模型。同时,整个模型引入了两种阻尼,分别是卡箍的支撑阻尼和黏弹性阻尼层的材料阻尼。在贴敷位置优化方面,创建了以阻尼层贴敷位置为设计变量、以1阶最大共振响应最小为优化目标的优化模型,并给出了采用遗传算法对该优化模型进行求解的流程。最后进行了实例研究,用搭建的贴敷阻尼层空间管路试验系统校验了所创建的阻尼层-空间管路分析模型的合理性。在此基础上,执行了阻尼层位置优化,获得了在可移动范围内使共振响应最小的阻尼层贴敷位置方案,并通过与5种随机方案的数值比较证明了优化结果的合理性。     

基于实测扫频响应反推管路卡箍支承刚度及阻尼

为了建立管路系统动力学模型并分析其振动特性,需获取动载荷下卡箍支承刚度及阻尼等力学特性参数。该研究提出一种基于实测扫频响应的响应面法来反推上述参数的方法;提出了基于响应面反推管路卡箍支承刚度和阻尼的辨识算法;利用自编有限元创建了管体-卡箍系统的动力学模型,推导了管路系统振动响应;在利用响应面法的匹配计算中,进行了卡箍刚度及阻尼关于频率和对应响应的多项式拟合,并采用基本遗传算法进行了优化。在实例研究中,用提出的方法辨识出了所研究管路卡箍的具有频率依赖性的支承刚度和阻尼;将辨识值回代到分析模型中,通过比较预测的与实测的频域响应,共振频率及响应偏差均小于3%,证明了辨识结果的合理性。     

液压衬套动态特性实测分析及集总参数模型研究

以轴、径向型两种结构形式液压衬套为研究对象,测试分析液压衬套动态特性及与激振频率、激振振幅关系,分别建立轴向型、径向型液压衬套动态特性分析的集总参数模型,计算激振振幅一定时液压衬套动刚度及滞后角与激振频率关系曲线。计算结果与实验值吻合较好,验证集总参数模型的正确性。基于所建集总参数模型,计算分析惯性通道数量及尺寸对液压衬套性能优化设计影响。     

大流量下文氏管路激振的诊断与分析

本文采用DY-3动态数据采集分析系统,对一大型热风炉振动的助燃空气输送管路进行了综合诊断分析,指出在大流量气体的输送条件下,管路上垂直安装的文氏流量管是振动的要害部位,以及系统激振力频率和管路结构的共振危险频率.并通过流体流动的数值模拟,进一步揭示了流动激振机制,为高炉热风炉必要的二次工程设计提供了有意义的借鉴.     

一种可调频式的管路动力吸振器研究与实验验证

基于反共振原理,设计了一种可调频式的管道动力吸振器,通过移动弹簧片上的质量块位置,并将其安装在管路共振位移最大处,可以实现不同频率下管道减振。通过构建了一段空间管路,利用有限元仿真分析和管道振动实验,验证了本文设计的调频动力吸振器能够在不同共振频率处对管路进行有效减振,结果表明调节减振器弹簧片上的质量块位置能够将减振器的减振效果调整到最佳。所研究的可调频式管道动力吸振器具有很强的工程应用价值。     

单-双联卡箍管路系统建模及动力学特性分析

以航空发动机中的双联卡箍为研究对象,采用线性弹簧对其进行离散化等效处理。通过刚度测试装置获得双联卡箍的角刚度和部分线刚度;基于铁木辛柯梁理论建立两端固支条件下的双联卡箍管路系统的动力学模型,采用遗传算法结合模态试验搜索未能测定的双联卡箍刚度,其中仿真与试验固有频率误差不超过4.46%,两者频响函数吻合较好。在获得双联卡箍刚度的基础上,建立了单-双联卡箍管路系统的动力学模型,并通过锤击试验验证了模型的有效性,仿真与试验固有频率误差不超过3.86%,各阶振型对比较好,单-双联卡箍管路系统的动力学模型可用于卡箍管路系统振动特性分析工程实际之中。     

转向盘动力吸振器稳健性设计研究与应用

为解决怠速时转向盘振动大问题,用基于稳健性的设计方法,开发了动力吸振器(dynamic vibration ab-sorber,DVA).采用最小二乘迭代法,识别出动力吸振器安装位置的等效参数,运用基于6sigma多目标稳健性优化方法,进行动力吸振器的参数的优化.在样件制作前用有限元仿真预测其固有频率,用激振台测出其固...     

局部涂敷硬涂层薄板有限元建模及涂敷位置优化

在固定硬涂层形状的前提下寻找最佳的涂敷位置是工程化实施硬涂层阻尼减振的迫切需求。以硬涂层薄板为例,研究实现上述硬涂层阻尼优化的方法。针对局部涂敷硬涂层的薄板结构完成了有限元建模,并利用修正模态应变能法确定了涂层复合结构的模态损耗因子。以获得单阶次或者多阶次最大模态损耗因子为目标,以涂层位置为设计变量描述了该硬涂层薄板阻尼优化模型。提出利用多种群遗传算法求解该优化问题的方法。以单面局部涂敷Ni Cr Al Co Y+YSZ硬涂层材料的悬臂板为例进行了实例研究,基于所创建的优化模型和优化方法,在薄板上实施了硬涂层涂敷位置的优化,并用实验验证了硬涂层板阻尼优化结果的合理性。     

基于传递路径分析的车身阻尼材料拓扑优化

以某乘用车怠速工况下的车内噪声为研究对象,建立内饰车身的声-固耦合有限元模型,施加实测的加速度激励预测车内噪声响应。通过有限元模型获取系统传递函数,结合实测加速度激励建立传递路径分析模型,分析怠速工况下驾驶员右耳位置121 Hz频率处各路径的声学噪声贡献情况,以贡献量较大的路径为板件贡献量分析的激励输入位置,确定后地板为铺设阻尼的目标板件。以121 Hz处驾驶员右耳声压最小为目标,建立拓扑优化模型,对后地板阻尼进行布局优化。结果表明,怠速工况下121 Hz峰值频率处驾驶员右耳声压级下降5.59 dB(A),传递路径分析对阻尼结构优化设计具有一定指导作用。     

航空输流管道动力学的非参模型研究

针对航空工业中管道上卡箍支承的不确定性,采用适用于系统误差的非参法,对输流管道进行建模、仿真并预测管道振动特性。将输流直管上卡箍简化为简支和扭转弹簧,采用尺度为3,阶数为4的区间样条小波有限元离散管道振动微分方程,将卡箍所影响的系统刚度矩阵视为不确定性,以非参法生成随机模型。通过数值结果对比,对于频率响应曲线,非参模型的可信区间完美包含均值模型;随着频率的增大,不确定性对高阶频率影响越大;对于频率随流速变化曲线,非参模型的可信区间完美地包含均值模型,随着流速的增大,不确定性对每阶频率的实部影响越来越小,而对虚部影响越来越大,且不确定性对发散和颤振失稳没有影响。     

节流孔式空气阻尼系统建模及参数影响分析

考虑空气弹簧橡胶气囊力学特性,采用分数导数Kelvin-Voigt模型和摩擦模型对空气弹簧橡胶气囊进行建模;并基于牛顿力学、热力学、流体力学和黏弹性力学,建立了节流孔式空气阻尼系统非线性模型。在系统工作平衡点附近,建立了该系统的线性化模型,并基于复刚度等效得到了系统的等效刚度和等效阻尼系数方程。以某空气弹簧为研究对象,实验验证了等效模型的有效性。在此基础上,分析了激振振幅、激振频率以及关键设计参数对系统等效刚度和等效阻尼系数的影响规律,这为空气悬架的刚度和阻尼匹配设计提供参考。     

基于超弹性、分数导数和摩擦模型的碳黑填充橡胶隔振器动态建模

碳黑填充橡胶隔振器（以下简称＂橡胶隔振器＂）的动态特性与预载、激振频率和激振振幅相关。实验测试了一橡胶隔振器的动态特性,建立了基于超弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶隔振器动态特性的非线性模型,其中超弹性模型用于描述橡胶隔振器的弹性,分数导数模型用于表征橡胶隔振器动态特性的激振频率相关性,摩擦模型用于表征橡胶隔振器动态特性与激振振幅相关的特性,文中论述了建模方法和参数辨识方法。有限元分析获得橡胶隔振器的静态力-位移曲线,利用测试得到的橡胶隔振器在大振幅、低频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中摩擦模型的参数,利用测试得到的橡胶隔振器在小振幅、高频激励下的力-位移关系,拟合得到橡胶隔振器动态模型中分数导数模型的参数。利用建立的模型和拟合得到的参数计算分析了橡胶隔振器动态特性的振幅相关性、频率相关性和预载相关性,并与实验结果进行了对比分析。分析结果表明,建立的模型可以较好的描述橡胶隔振器的动态特性。     

弹支航空液压管路的加速度载荷响应分析

承受加速度载荷激励的管路应力分析是飞机液压管路设计重点考虑的问题之一。基于响应谱分析方法,研究航空液压管路在加速度载荷作用下的应力响应规律。采用"梁"模型建立两端固支液压管路的动力学数学模型,求解其固有频率;建立其有限元模型进行模态分析,得到管路固有频率。通过锤击实验验证了动力学模型和有限元模型的准确性。以加速度为载荷,对弹支管路进行响应谱分析,发现最大应力出现在管路支承位置,在此基础上,改变管路承受的加速度载荷和支撑刚度,仿真结果表明最大应力值与加速度大小成线性关系,与支撑刚度成非线性关系。     

《通过顶棚模态试验分析优化车内噪声》

介绍顶棚在实车状况下的试验模态分析方法，采用悬挂激振器而车辆接地的单向激振方式，讨论激振点的选取位置，利用PolyMax方法求得顶棚前十阶模态频率及振型，并通过各测点相干性、频响函数曲线和各阶模态MAC值的检验保证模态试验结果的可靠性；找出对车内轰鸣噪声影响显著的敏感频率和薄弱位置，以此为依据优化其结构刚度，实现模态的移频。优化后的顶棚频响函数幅值取得明显改善，降低在敏感转速时的车内轰鸣噪声声压级。     

倒装键合机支撑板模态参数提取与实验验证

采用ANSYS有限元仿真计算与LMS Test.Lab锤击实验相结合的方法研究支撑板的模态特性。仿真分析得到支撑板的前6阶固有频率和振型,并通过实验验证仿真结果的准确性。将理论计算与试验的结果进行对比分析,得出支撑板的一阶固有频率为400Hz,高于支撑板上安装的伺服电机的工作频率以及周围环境的激振频率,因此不会产生共振现象,为防止共振、改善整机质量性能及结构优化提供参考依据。     

变摩擦阻尼方法的建模与实验分析

考虑被动隔振系统自适应调整阻尼的技术措施,提出一种变摩擦阻尼方法;使隔振系统能近似地根据激振频率来改变自身阻尼,从而适应外界宽频激振。为了对此方法中的摩擦阻尼力建模,提出一种考虑了摩擦接触面间的相对速度与正压力影响的曲线摩擦模型。通过实验设计与研究,以参数辨识验证了此模型的拟合能力。