失谐叶盘结构振动响应局部化实验研究

基于作者提出的预测失谐叶盘结构最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式的方法,利用搭建的行波激励实验系统,针对典型的整体叶盘结构模型试件进行了失谐振动响应局部化实验。首先通过有限元仿真确定失谐叶盘振动响应局部化实验所需的最坏失谐模式,然后经过数据采集与后处理得到行波激励下失谐叶盘结构的强迫响应,通过实验验证了失谐跳变-强迫响应局部化现象,实验结果与理论分析取得较好一致性。     

含摩擦与间隙的失谐叶盘系统振动局部化研究

 针对叶片榫头与轮盘榫槽连接处间隙及摩擦,基于叶盘结构典型集中参数模型,建立含干摩擦、间隙的非线性动力学方程,研究失谐叶盘系统振动局部化。在叶身刚度随机失谐下分析叶盘系统对不同耦合刚度的固有特性及共振响应。结果表明,非线性谐调叶盘系统亦出现振动局部化现象。利用振幅放大系数对线性、非线性失谐叶盘系统振动响应局部化研究,振幅放大系数呈失谐阈值现象,且非线性干摩擦、间隙作用会降低失谐系统振动响应局部化程度。而谐调叶盘系统非线性振动,随气流激励力频率变化,系统呈非简谐单周期运动、多周期谐波运动、混沌运动等多种动力学行为。失谐因素存在会使非线性失谐叶盘系统动力学行为更复杂。     

裂纹叶片分布对失谐叶盘结构振动特性的影响*

摘要：基于有限元实体建模方法,建立了含穿透型裂纹的失谐叶盘结构有限元模型,揭示了两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构振动特性的影响规律。研究表明,两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构的基频以及模态局部化程度均有较大影响,并发现当两个裂纹叶片处于相邻位置时,失谐叶盘结构的基频最小,模态局部化程度最高,且该现象在弱耦合条件下尤为突出。而离心力(转速)对含两个裂纹叶片的失谐叶盘结构振动局部化有减弱作用。     

弱耦镜像对称工程结构模态局部化度的结构参数表征

模态局部化现象对弱耦镜像对称工程结构的动态分析与主动设计至关重要。基于小参数摄动理论,针对由左右两个完全相同但在几何上互为镜像的子结构所组成失调对称结构,用峰值振幅比定义模态局部化度,重点建立了预测模态局部化发生的定量判据。该判据确立了局部化度的具体数值与结构的几何、质量及弹性等参数之间的直接影响关系。以此为依据,可实现通过失调量的主动设计达到灵活控制模态局部化强弱程度的目的。对一个弱耦近频对称结构的单边刚度失调模型的局部化振动的数值分析结果表明:（1）联结刚度失调产生的模态局部化对失调对称结构的振型将产生显著的影响;（2）验证了所提出的模态局部化定量判据及局部化度的结构参数表征的可行性和有效性。     

考虑失谐的弱耦合周期天线结构的振动主动控制研究

建立了弱耦合周期天线结构的动力学计算模型,基于该模型研究了结构失谐前后的振动特性;并应用最优控制方法,对该结构失谐前后振动的主动控制进行了研究;数值仿真结果表明：弱耦合周期天线结构参数的小量失谐会导致结构振动模态产生明显的局部化,失谐前后的振幅之比约为30%;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑失谐的影响,否则会导致振动控制系统的失效。     

含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化

针对离心压缩机在复杂运行工况下的失谐与裂纹问题,研究裂纹与失谐对叶轮结构振动响应和振动局部化的影响规律。首先,采用三维有限元模型建立具有复杂几何形状的叶轮结构的定量分析模型,并通过在裂纹界面上定义接触的形式模拟裂纹的呼吸效应。其次,通过采用混合界面模态综合法对系统自由度进行缩减,以解决了采用三维有限元模型分析非线性系统动态响应时所存在的计算量大和收敛困难的问题。最终,采用Monte Carlo方法对含裂纹的失谐叶轮结构进行统计分析,研究随机失谐和裂纹故障对叶轮结构振动局部化的影响规律。结果表明裂纹和失谐都会对结构的振动响应产生显著的影响,并会导致振动能量的集中和振动局部化现象。     

基于PolyMAX的声固耦合模态试验研究

白车身的结构模态频率和模态振型反映了汽车车身结构的固有特性,对车内噪声有重要影响。车内空腔跟车身结构一样,同样拥有模态频率和模态振型。采用LMS数据采集系统对某国产SUV进行车内空腔声学模态试验。首先基于传声器阵列的方法获取响应点的信号,然后利用PolyMAX方法提取声学模态频率及振型。将声学模态频率与白车身结构模态频率进行对比分析,结果表明：车内空腔的第一、二阶声学模态分别跟白车身的第四、十阶结构模态有很强的耦合。最后通过实车测试验证了声固耦合共振时低频轰鸣的存在。可以在关键部件增加板厚、顶盖和地板附加阻尼层、顶盖加加强筋等方式改变车身结构的局部模态来破坏车身结构模态和声腔模态的强耦合状态,降低车内的低频轰鸣声     

局部约束结构振动的模态研究

制动盘/摩擦块系统的制动过程属于局部接触振动问题。摩擦块局部接触(约束)会对系统模态及固有频率造成影响,进而影响制动噪声的产生。将刹车盘简化为一维循环梁结构,并建立了在摩擦块作用下的运动方程。首先计算无接触时梁自由振动的模态(参考模态)。然后用线性弹簧代替局部接触,列写出连续条件并计算模态,得到所谓局部非连续基函数。将局部非连续基函数与参考模态进行正交化处理后,作为参考模态的补充,用于计算系统响应。与差分法结果比较表明,与传统模态方法相比,局部非连续基函数法更为准确。研究发现局部接触会抑制循环结构振动的对称性,导致正弦或余弦模态消失,以及刚度非线性和摩擦作用,会使振动是波动型的。该工作为基于局部非连续基函数法研究摩擦结构不稳定振动机理打下了基础。     

基于近似CMS法及模态测试的失谐叶盘结构动力学特性研究

为解决工作转速下失谐叶盘结构动力学特性分析计算量大的问题,提出一种近似CMS超单元法。该方法采用先预应力子结构后整体的分析方式,分析叶盘结构在工作转速下的动力学特性。通过循环对称分析法验证该方法的分析精度。采用模态测试及有限元法识别叶片失谐参数,基于近似CMS超单元方法分析某失谐叶盘结构在工作转速下的动力学特性。结果表明:谐调叶盘结构无量纲动频相对误差最大值为3.07%,满足分析精度要求。与循环对称分析法相比,近似CMS超单元法可用于谐调或周期失谐叶盘结构在工作转速下的动力学特性分析,并且适用于任意失谐叶盘结构。     

失谐压电周期结构中波动的局部化

针对压电周期结构中弹性波的局部化问题进行了研究。采用传递矩阵方法推导了结构中相邻单胞间的传递矩阵,采用W o lf方法给出了结构中局部化因子的表达式,给出了数值算例,并分析了压电材料各参数对局部化因子的影响。分析表明,对于不同的压电材料,结构中的频带性质和局部化程度有很大不同,可以通过调整结构的材料特性来改变弹性波的局部化程度,从而改变波动在结构中的传播特性。     

多级叶盘结构随机失谐响应特性分析

为研究多级叶盘结构最大失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式,通过没置失谐变量为优化变量,提出了运用遗传算法和序列二次规划混合方法确定最大的失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式的通用方法.针对典型三自由度扇区单级和耦合两级叶盘结构集中参数模型计算了相应谐凋系统叶片刚度失谐时的最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式,揭示了失谐跳变-局部化...     

基于微动滑移摩擦模型的失谐叶盘系统振动分析

在航空发动机叶-盘系统中,由于叶片失谐导致严重的振动局部化,造成局部叶片的高周疲劳,拟采用增加叶根干摩擦的方法降低失谐叶-盘系统振动幅值,减轻其振动局部化程度。基于微动滑移摩擦模型建立叶根阻尼器干摩擦力本构关系,采用等效椭圆代替阻尼器力与位移函数关系的迟滞回线,获得阻尼器的等效阻尼、等效刚度;将等效阻尼、等效刚度作用于叶-盘系统集中参数模型上,建立单个扇区三自由度整周失谐叶-盘系统动力学方程;采用谐波平衡法对其进行振动特性分析,讨论了叶根干摩擦对失谐叶盘系统振动特性的影响。结果表明:叶根摩擦能显著降低系统共振幅值;有叶根摩擦系统较无叶根摩擦系统的共振峰在频率上延后;增加叶根摩擦可有效降低失谐叶-盘系统的振动局部化程度。     

Reliability-oriented optimal design of intentional mistuning for a bladed disk with random and interval uncertainties

When interblade coupling is weak, the dynamic response of a bladed disk is very sensitive to the presence of uncertainties. Excessive response variation can be very harmful. Previous studies have indicated that introducing blade-to-blade difference in nominal design, known as intentional mistuning, could reduce the level of response variation. In this research, an efficient computational framework that yields the optimal design of intentional mistuning is developed to maximize the bladed disk reliability. Both the random uncertainty of blades and the interval uncertainty of disk connections are considered. The Metropolis–Hastings algorithm is applied to find the worst case response under interval uncertainty, and Monte Carlo simulation is employed to account for the random mistuning effect. A gradient-based approach is then established to find the minimum design modification needed to achieve a designated reliability level. Case studies are carried out to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

基于面接触的车桥耦合振动研究

现有分析车-桥耦合振动的研究中都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触。事实上,轮胎与路面是通过面接触的。通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响,将车轮与路面的接触面模拟为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。对车速、车轮刚度与阻尼、接触面尺寸大小、车辆数目等进行参数分析,研究了接触面对车-桥耦合振动的影响。数值计算与试验结果验证表明:所提出的模型能更准确合理的研究车桥耦合振动。     

模态局部化对T尾颤振特性的影响

模态局部化是弱耦合对称结构中一种不可预期的动力学现象。作为典型的工程对称结构,飞机T尾结构的地面振动试验中通常会发生强烈的模态局部化现象,使得T尾结构模态局部化研究成为T尾结构设计中一个重要的问题。基于失调T尾结构的气动弹性特性,提出了T尾颤振失调设计的概念,然后分析了平尾翼尖的质量失调设计和平尾根部的刚度失调设计,及其失调产生的模态局部化对T尾颤振特性的影响。算例结果表明:(1)失调产生的模态局部化对T尾结构的固有频率和振型产生较大影响。(2)在质量正失调时,T尾结构的模态局部化可以提高T尾颤振速度,而质量负失调时,T尾结构的模态局部化会降低T尾颤振速度。     

盘类锻件成形过程变形模式的模块化分析

针对塑性体积成形过程复杂且金属流动行为难于分析的现状,从塑性加工力学角度,首次将复杂盘类锻件模锻成形过程的不同阶段和区域抽象分解为圆柱压缩、圆环压缩和类挤压3个基本变形模式,使盘类锻件模锻问题的分析模块化.抽象构造出三维复杂构件模型,针对模锻成形过程的不同阶段和区域,利用基本变形模式的成形规律对其进行深入分析,给出了耦合成形过程中金属变形及流动的规律,及不同模腔内金属流动分界面的形状和塑性区的分布特征.通过深入分析不同变形模式及互相耦合流动行为,揭示了盘类构件模锻成形过程中金属的变形流动规律,为盘类锻件精确塑性成形的变形流动控制提供理论据.