含裂纹旋转叶片结构的振动特征分析

利用铁摩辛柯悬臂梁简化模型分析计算含裂纹旋转叶片结构的固有振动特征.通过传递矩阵法推导出含裂纹悬臂梁固有频率及模态的数学方程式.分别应用传递矩阵法和有限单元法对实际悬臂梁的固有频率和模态进行计算,比较两种计算结果的差异和变化趋势.最后分析裂纹的位置和尺寸对固有频率和模态的影响.计算结果表明:传递矩阵方法能够很好地描述结构的固有振动特征,为实际工程应用提供有效的解析计算方法.     

疲劳裂纹叶片振动的非线性特性研究

以带疲劳裂纹悬臂梁为例研究疲劳裂纹对叶片固有频率及强迫振动响应的影响。应用传递矩阵法求解裂纹叶片振动响应,选用余弦函数模拟疲劳裂纹的开合过程,理论分析了裂纹叶片的非线性振动特性,并进行裂纹试件实验。理论分析及实验结果都表明疲劳裂纹不仅使悬臂梁的固有频率下降,而且引起强迫振动响应的非线性特征。最后,就叶片裂纹故障监测特征量的选取做了分析、讨论。     

考虑弯扭耦合旋转叶片的动力学分析

应用拉格朗日方程建立了旋转柔性叶片非线性动力学控制方程.文中考虑了由于质量偏心所造成的弯曲与扭转振动的耦合,并假设了弯曲与扭转的一价振型对方程进行了离散,通过数值仿真给出了旋转运动所产生的叶片端部弯曲位移及转角位移,揭示了在叶片扭转刚度较大时,转角位移非常小.本文所建立的动力学方程可用于考虑弯扭耦合时实际旋转叶片的动力学分析.     

旋转叶片裂纹截面弯曲等效刚度计算

根据断裂力学和平面应力理论 ,以一具有旋转柔性的弹性铰等效叶片裂纹为例导出了裂纹截面弯曲等效刚度的计算方法。     

叶片专用夹具建模及仿真

叶片专用夹具的振动频谱直接影响着叶片加工中工艺参数的选择,为了能够根据夹具系统的振动频谱选择工艺参数与刀具,建立了夹具和工件工艺系统的几何模型.通过ANSYS10.0,采用四面体单元对几何模型进行网格划分,仿真了工艺系统一、二、三阶振型.由仿真结果可以看出三阶振型分别是X向摇晃,Y向扭振,和X向Y向联合扭振,振动频率分别为21.4 Hz、30.1 Hz及39.2 Hz.分析了共振时的切削反力及发生共振时的转速.由仿真结果可以看出3齿铣刀适合于低速粗加工,7齿铣刀适合于高速精加工,为加工参数和刀具选择提供了理论依据.     

叶片振动对转子-轴承系统动力学行为的影响

依据转子动力学理论，应用Lagrange方程建立了叶片与转子一轴承系统耦合振动的非线性动力学模型．为了分析叶片的惯性影响和系统的时变性，将叶片模化为单摆模型．利用一个线性变换将叶片振动方程中与转子耦合的一节径振动方程与其他叶片振动方程解耦，再利用周期变换将叶片和转子的耦合振动方程转化为常系数方程．采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程，用分岔图、最大Lyapunov指数曲线、Poincar6映射图和频谱图等分析系统的稳定性．数值结果表明：叶片阻尼系数的变化对系统动力学行为有显著影响，在低转速时叶片振动可减小系统发生混沌的转速范围，在高转速时，叶片振动延迟概周期运动的出现．     

考虑截面翘曲问题的汽轮机长叶片耦合振动的动力学方程

本文考虑了汽轮机长叶片的截面翘曲问题,应用开口薄壁梁理论对长叶片的运动学,静力学和动力学特性进行了分析,并应用哈密顿原理推导了变截面,有预扭长叶片的纵向拉伸,双向横弯曲及扭转耦合振动的弹性体自由振动微分方程及边界条件     

旋转叶片刚柔耦合系统动力学分析

针对工程中旋转柔性叶片系统刚柔耦合动力学问题,基于Hamilton原理及有限元法建立了大范围旋转运动的预扭角柔性叶片系统连续动力学方程及有限维离散动力学方程,研究了柔性叶片预扭角及截面变化对叶片端部位移响应的影响.研究结果表明:柔性叶片预扭角及截面变化对垂直于旋转平面内的横向位移有较大影响,若过大可使叶片发生动静碰擦,...     

水轮机叶片裂纹产生原因及对策

水轮机叶片裂纹普遍存在,严重的裂纹将对电站造成较大的安全隐患。本文通过对水轮机转轮叶片运行过程中产生裂纹的原因分析,得出焊接工艺不佳与设计缺陷通常是叶片裂纹产生的主要原因。此外介绍了水轮机叶片裂纹修复的方法,处理后运行中未在出现裂纹,取得了良好的效果。     

旋转叶片流固耦合振动对叶端定时测振的影响

叶端定时是一种先进的旋转叶片在线振动监测方法,但其测量准确性受其测点位置变化影响较大,如何选取合适的测点具有重要研究价值。为考虑叶片颤振及其流固耦合振动对测点位置的影响,设置流场圆柱绕流产生涡阶,并对不同转速和裂纹位置下旋转叶片的扭转情况进行分析。计算比较离心载荷时正常叶片的扭转振动,流固耦合下正常叶片、裂纹叶片的扭转振动及叶端各点扭转偏移量对叶端定时测振测点位置的影响。结果表明：流固耦合作用下,转速和裂纹位置对叶片的扭转振动影响较大;叶端定时测振传感器在转速较低时应安装在靠近叶片前缘处,而转速较高时应安装在靠近叶端中间位置。     

高速旋转圆盘刀具薄刀片横向振动的有限元分析

针对高速旋转圆盘刀具薄刀片实际工作时存在的横向振动问题,应用有限元方法及实验测量进行了研究。利用单元正方化扇形网格划分方法,对薄刀片划分单元,并应用拉格朗日方程建立了高速旋转圆盘薄片刀具薄刀片的动力学方程。通过对该动力学方程的分析,确定了薄片圆盘刀具系统的静态和动态特性。利用专门设计、制造的试验装置,对圆盘薄片刀具系统的静态和动态特性进行了测量,并将测量数据与理论分析进行了对比。结果表明:建立的薄片圆盘刀具系统的动力学方程是正确的。     

基于神经网络响应面法的汽轮机叶片强度可靠性分析

对叶片强度进行可靠性分析,当功能函数为随机输入变量的隐性函数时,就无法直接用常规可靠性分析方法得到叶片的可靠度,因此将有限元,神经网络响应面和一阶可靠性方法(FORM)相结合,针对某汽轮机振动实验台的等直叶片,考虑几何参数、材料参数和载荷参数的随机性,在合理构造神经网络结构的基础上,利用有限元数值计算获得神经网络训练样本,通过对样本的学习和训练,获得叶片功能函数与随机变量之间的映射关系;选择非线性S型函数作为网络隐含层的激励函数,利用该函数的一阶导数是其自身函数的特点,推导出了功能函数对随机变量的一阶偏导数,进而采用FORM方法得到了叶片可靠性指标β并完成叶片强度的可靠性分析。将计算结果与Monte-Carlo模拟法进行对比,证明了该方法的正确性和有效性。该方法为后续进一步研究多失效模式下叶片的可靠性分析提供了新的思路。     

浪流共同作用下隔水管涡激动力响应分析

隔水管是海洋浮式生产系统中的重要附属设备.为了探讨在波浪海流共同作用下隔水管的动力响应及进行涡激振动分析,文中给出了三维空间中隔水管运动的控制方程,其中以Matteoluca改进的Vanderpol尾流振子模型为基础计算涡激振动时隔水管与流体之间的相互作用.利用Hermite插值函数对隔水管的运动方程进行有限元离散,采用Newmark方法求解隔水管的动力响应.同时绘出了不同外界条件下相应的位移分布的包络线以及横向涡激振动响应曲线.计算结果表明,所采用的方法正确、有效,可以为隔水管的生产设计及理论分析提供依据.     

任意裂纹面荷载作用下界面断裂分析

为研究裂纹面上作用的荷载对裂纹稳定性的影响,本文基于比例边界有限元方法提出裂纹面作用有任意方向、任意大小面荷载的界面应力强度因子求解模型.界面裂纹具有复数形式的应力奇异性指数,在任意裂纹面荷载作用下其奇异应力场更为复杂.应用本模型,径向的位移和应力可解析求解,无需网格细分即可自动反映裂尖的应力奇异性.裂纹面上的任意荷载首先可分解成平行于裂纹面以及垂直于裂纹面的分量,并进一步分解成有限项幂函数的和.对每个幂函数荷载解析求解,基于线性叠加原理获得结构在全部荷载作用下的解.该模型对各向同性材料和各向异性材料均适用.文中通过板承受裂缝面荷载时的应力强度因子求解的多个算例对该模型进行了验证和应用,对板的几何尺寸和双材料参数进行了敏感性分析,并应用于重力坝坝踵界面裂缝在水压力作用下的应力强度因子求解.     

两类呼吸裂缝模型及其动力响应对比分析

结构构件开裂产生的非线性振动响应是结构损伤识别的重要依据,而选择合理的模型对准确计算这种非线性振动响应至关重要。根据振动过程中裂缝处结构刚度的变化规律,对现有呼吸裂缝模型进行了分析总结,并选取具有典型代表的两种模型,以带裂缝悬臂梁受迫简谐振动为例,对比分析了两种模型在不同激励频率和不同裂缝深度下结构响应的频谱特性。结果表明：相同条件下双线型呼吸裂缝模型较曲线型呼吸裂缝模型更易出现高频分量和谐振现象,能更好地表征裂缝在振动过程中的呼吸效果。     

梯度非均匀有限板中裂纹动态响应的有限元分析

为了研究梯度非均匀有限板中裂纹动态响应问题,用波动有限元的方法研究了梯度非均匀板中裂纹在冲击载荷作用下的动态响应.通过对裂缝宽度与到裂端距离插值的方法求裂尖端处的动态应力强度因子(DSIFs),对指数衰减脉冲作用下弹性模量按单向线性变化的梯度非均匀有限裂纹板进行了数值计算.结果显示:无论板材料梯度参数及裂纹长度如何变化,裂尖处动态应力强度因子时程均呈起始快速上升转而缓慢下降;无论在什么时刻,裂尖处动态应力强度因子随裂纹的长度减小而减小,随板材料的功能梯度参数增大而减小.     

基于Davenport谱风机叶片旋转状态下的应力分析

为了确保风力机叶片安全可靠运行,对其进行了旋转工况下的应力分析.以UG建立的叶片实体模型为研究对象,运用更加贴近实际工况的Davenport风谱建立了近海风场,利用Newmark法求解了结构运动方程,并在与文献试验结果对比的基础上,数值模拟了叶片应力分布.研究结果表明,风力机叶片的位移响应与应力响应幅值均随来流风速的增加而增加,旋转速度和来流风速均对叶片在相对弦长和相对翼展方向上的最大mises应力变化趋势有明显影响,该结果可以为风力机叶片优化设计提供参考.     

基于随机有限元-一次二阶矩法的汽轮机叶片可靠度计算

针对汽轮机叶片在工作中诸多参数的不确定性,通过建立叶片的力学模型,将随机有限元和一次二阶矩法相结合,对其进行了可靠度计算,并将随机有限元法的计算结果与解析法和 Monte Carlo 法进行了比较,证明了随机有限元法的正确性。对叶片的可靠度分析表明:当不能用解析法得到载荷响应,且载荷响应的概率密度函数无法得到时,采用随机有限元— 一次二阶矩法对结构进行可靠性分析是一种便捷方法。