直斜裂纹转轴的时变刚度特性研究*

本文采用有限元方法建立了裂纹转子系统的动力学方程,利用应变能释放率方法得到了裂纹单元的刚度矩阵,采用应力强度因子为零法模拟裂纹的呼吸效应,详细研究了不同深度的直裂纹和45°斜裂纹转子,在一个稳态旋转周期内,裂纹开闭规律以及转轴刚度时变特性。研究表明裂纹深度的增大使裂纹转轴的刚度变化增大,直裂纹与斜裂纹转轴的刚度变化特性具有明显差异,斜裂纹引起更多与更强的耦合振动,使转子的动力学性能更复杂。     

含横向裂纹Jeffcott转子刚度及动力学特性研究

摘 要：以刚性支承的水平Jeffcott裂纹转子为研究对象,建立了不依赖于重力占优假设的动力学方程,在考虑裂纹张开区域对中性轴位置影响的基础上,利用中性轴理论研究裂纹的开闭规律,由截面惯性矩与惯性积得到开闭裂纹截面各方向刚度系数,详细讨论了不同裂纹深度和不同转速下系统的动力学行为。结果表明：裂纹的存在对截面的法向与切向刚度系数的影响较大,而耦合刚度系数则始终接近于零值;随着裂纹深度的增加,裂纹的开闭过渡过程越明显,系统响应的频谱图趋向复杂,高阶谐波分量更加明显;当转速等于一阶临界转速的分数倍时,系统的固有频率被激发,系统响应出现分数次共振现象。     

航空发动机转子早期裂纹故障振动特征的维谱分析

针对航空发动机转子早期裂纹故障难以检测的特点首先,根据转子裂纹扩展机理,建立早期裂纹转子振动分析理论模型,提出利用112维谱对早期裂纹振动信号进行分析。然后,利用112维谱分析法对早期裂纹转子理论模型和早期裂纹转子故障实验数据进行了具体分析。理论模型和实验数据分析结果都表明:应用112维谱对实际发动机转子早期裂纹故障信号进行分析,不仅能够得到一般频谱分析法难以获得的故障特征频率,还能对混叠噪声信号进行降噪。因此,112维谱能够有效的诊断航空发动机转子裂纹故障,在航空发动机故障诊断中具有一定的应用价值。     

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。     

基于混合遗传算法的转子系统优化设计

转子系统的临界转速是航空发动机设计过程中的重要参数。在临界转速远离工作转速时,转子系统才能安全可靠的工作。如何设计转子系统的结构使设计后的临界转速达到要求,而且结构改变量尽可能小,是转子动力学最优化设计研究的重点之一。在分析已有研究模型的基础上增加约束条件提出一种更完善的临界转速最优化设计模型,无需考虑设计变量个数和设计临界转速个数的关系,及预先给定的临界转速是否可在设计变量对应的临界转速空间内取到,均能找到满意的设计方案。针对该模型的最优化求解,设计出一种结合遗传算法和复合形方法的混合遗传算法,可以有效的提高搜索到全局最优解的搜索速度。对一转子系统进行临界转速优化设计,验证了该模型可以有效的取得满足设计要求的最优设计方案,适用于工程实际的转子系统临界转速最优化设计过程。     

含转轴裂纹的离心叶轮转子非线性动力学特性研究

建立了带有裂纹故障的的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的横向振动力学模型,并推导了系统的无量纲运动微分方程。运用数值积分法对系统的分岔特性进行了仿真。最后分析了横向流体激振力以及裂纹深度对离心叶轮系统动力学性能的影响。     

转子-滑动轴承系统动力学相似性研究

针对转子-滑动轴承系统缩比模型与原型是否满足动力学相似的问题,采用量纲分析法建立了考虑陀螺力矩和滑动轴承非线性油膜力的转子-轴承系统相似准则,确立了模型与原型各物理量相似比。理论研究表明,通过采用模化转子滑动轴承静载荷补偿措施,可使转子-轴承系统满足动力学相似要求。补偿处理后的模型和原型转子系统的临界转速、失稳转速、不平衡响应均具有相似性。并通过算例对比分析转子几何比、材料密度模化比和弹性模量模化比对轴系不平衡响应特性相似性的影响规律,验证了所推导的转子动力学相似准则的正确性。     

多轴系耦合作用下齿轮系统转子裂纹故障的振动特性研究

为了探究多轴系耦合齿轮系统中的转子裂纹故障与单轴系转子裂纹故障振动响应特性的异同点,基于Jones轴承建模理论,建立滚动轴承的拟静力学模型;利用Timoshenko梁单元建立传动轴的有限元模型;考虑时变啮合刚度、齿轮传递误差、陀螺效应等因素,利用集中参数法建立齿轮副的动力学模型。将轴承、传动轴与齿轮副模型进行集成,建立齿轮系统非线性动力学模型;利用能量释放率理论与应力强度因子为零法分析裂纹转子单元的呼吸效应,利用Newmark-?数值积分法对转子裂纹故障进行动力学仿真,研究转子裂纹故障的振动响应特征。结果表明：与单轴系转子裂纹故障不同,当齿轮系统发生转子裂纹故障时,由于齿轮啮合的引起的耦合效应及转子裂纹引起的呼吸效应,时域响应表现出明显的幅值调制现象,频域中转频及其2倍频幅值增加明显,在啮合频率处伴有明显的边频带。研究结果为齿轮系统转子裂纹故障的监测与诊断提供了理论基础。     

多齿轮耦合复杂转子系统的振动特性分析

本文探讨了多对齿轮耦合对齿轮转子系统动力学特性的影响程度,以压缩机转子系统为例,对整个耦合系统进行了安全校核。首先,基于有限元法,建立了通用的弯—扭—轴—摆斜齿轮耦合动力学分析模型,此模型中考虑了啮合刚度、方位角、啮合角、螺旋角以及主动轴转动方向对齿轮啮合刚度矩阵的影响;接着,对系统进行了固有特性分析,得到了系统的临界转速和安全裕度表;然后,基于模态叠加法,对系统进行了不平衡响应分析,对比了考虑齿轮啮合前后系统各位置处的不平衡响应变化曲线。研究结果表明,对于多对齿轮啮合的系统,齿轮间的耦合使系统之间的振动强烈,必须考虑齿轮耦合的影响,并且要结合固有特性以及瞬态响应分析来判断临界转速和振动峰值的大小。     

开闭裂纹挠性转子动特性研究

采用裂纹深度修正的非线性开闭裂纹模型 ,研究涡动影响下挠性裂纹转子的动力学行为。数值仿真表明 :裂纹深度与非线性响应之间有比较确定的关系。随着裂纹深度增加 ,裂纹转子会在 m/ n倍临界转速附近出现次谐波分叉现象和拟周期运动 ;在亚临界转速范围内 ,系统在 2 / 3倍临界转速处可通过倍周期分叉途径进入混沌状态 ;在超临界转速范围内 ,1、2倍临界转速的不稳定区不断扩大 ,非线性因素抑制作用使系统产生周期跳变、倍分叉和混沌等非线性力学行为 ;阻尼对系统响应有很大影响。     

无网格FEM-BEM法计算舱室空间声传递函数

对于舱室空间低频声场计算问题,通常采用有限元法(FEM)或者边界元法(BEM),但是当封闭空间内部存在其他物体,又需要考虑外部激励对内场的影响时,直接采用单一的前述方法不能满足建模计算要求,而且这些基于网格的方法在前处理、光顺化处理等方面都存在不足。针对这些问题,将有限元和边界元法结合,并将其无网格化,这对于封闭环境的声场预测是一种新的尝试。首先推导了无网格FEM-BEM计算模型,对微分方程的离散、形函数构造等细节进行了详细阐述,然后以实际算例对提出的方法进行了验证,结果表明,本文的无网格FEM-BEM方法和SYSNOISE的计算结果保持一致;进一步与实测结果的对比表明,该方法在低频率范围内,各测点平均声压级相对误差在5.26%以内。这说明,该方法不仅适用于复杂问题的计算,同时还具有良好的计算精度。     

不同激励模式下桥梁实测阻尼比差异

本文收集和分析了国内外学者对结构物阻尼比的实测结果,指出了当前桥梁阻尼比研究成果的局限性。为了弥补当前桥梁阻尼比实测结果匮乏的局限,本文针对三座典型桥梁进行了阻尼比测试,分析了影响桥梁阻尼比的主要因素。本文研究发现：桥梁的阻尼比不是定值,它与桥梁的类型、测试时的激励方式、阻尼比的处理方法、测试环境等有较大的相关性。激励强度越大,测试的阻尼比数值越大。车辆激励作用下的阻尼比数值明显大于环境激励下的阻尼比数值。相同激励模式下,不同的阻尼比处理方法所计算的阻尼比数值差距较大。半功率带宽法计算的阻尼比数值的离散性要大于利用自由衰减法计算的阻尼比。建议桥梁结构阻尼比的测试中需要保证激励的一致性,避免在采样过程中出现激励程度差距较大的激励模式。     

基于辛数学方法的一维声子晶体禁带计算

将一维声子晶体的原胞简化为有限多个自由度的弹簧振子结构,在辛对偶变量体系下探讨晶格振动,引入辛数学方法确定波矢与本证值的色散关系。通过本证值计数法计算特征频率,从而得到禁带区间。与传统集中质量法相比,该算法的计算结果与之吻合很好,且提高了计算精度和计算效率,更重要的是在低频处收敛性更好。     

基于改进的最大似然法识别风力发电机转子的载荷参数

风机不对中故障是多载荷参数耦合而成,工程师难以凭经验了解载荷参数的大致范围。针对因转子结构参数和测试条件等不确定性参数的存在及载荷参数先验信息未知,最大似然法识别转子不对中故障的载荷参数时采用的搜索计算面临计算量大,且迭代过程中灵敏度会带来一些数值问题。引入搜索区间进退法到敏感矩阵法与最大似然法中,对最大似然法进行改进。改进后的最大似然法中的迭代适于处理复杂工程优化问题,避免传统迭代数值法对搜索空间的苛刻要求。以输入尺寸和输出测试响应具有随机性测量误差的风力发电机转子系统为例,在三种测量误差下的识别结果表明,改进的最大似然法提高了最大似然法的辨识效果,可以减少不确定性因素对识别结果的影响,鲁棒性好。     

加速度修正的Wilson-θ法的精度分析

Wilson-θ法分为加速度未经过和经过t+Δt时刻动力平衡方程修正的Wilson-θ①法和Wilson-θ②法。Wilson-θ①法是无条件稳定的,而Wilson-θ②法不再是无条件稳定的。计算精度分析表明:Wilson-θ②法对计算精度的提高不明显;其稳定的范围和计算精度均小于线性加速度法,不宜采用。     

高层基础隔震建筑非平稳随机响应改进算法

利用虚拟激励法和等效线性化技术,计算了基础隔震高层建筑的非平稳随机响应。研究了高阶振型对高层隔震建筑响应的影响,提出了针对基础隔震结构随机响应分析的改进算法。计算中假定隔震建筑上部结构在大震作用下依然保持弹性状态,塑性变形集中在隔震层处,隔震层的恢复力-位移本构关系采用Bouc-Wen模型来描述。上部结构只需要提取前若干阶振型参与动力计算,剩余的高阶振型对结构响应的贡献按照静力校正技术求得。研究表明,改进的计算方法在没有显著增加计算量的同时,通过近似考虑高阶振型的影响,有效地提高了计算的精度。     

基于改进粒子群算法的最小二乘影响系数法的理论及实验研究

针对最小二乘影响系数法平衡过程中出现的某些测点残余振动较大及平衡质量较大等问题,将一种基于遗传交叉因子改进的粒子群算法引入到转子动平衡最小二乘影响系数法中。实例计算说明改进后的算法具有很好收敛特性和全局搜索能力,与基本最小二乘影响系数法计算结果相比,有效降低最大配重质量和最大残余振动大小。通过实验验证了结果的正确性和方法的可行性。     

遗传算法在单层球壳质量、刚度模糊优化中的应用

在单层球壳的优化设计过程中,必然会遇到大量的不确定性信息和因素,对这些不确定性因素应该使用模糊理论加以分析和处理。同时往往要考虑多个目标如质量最小和整体刚度最大等,而各个目标之间存在矛盾,要使各个目标都达到最优很困难。采用模糊数学的原理建立单层球壳多目标模糊优化模型,通过模糊判决法,将多目标的模糊优化问题转化为单目标的非模糊优化问题,最后利用小生境遗传算法(ANGA算法)对非模糊化的优化模型进行求解。对70 m跨单层球壳进行质量、刚度模糊优化,结果令人满意,验证了该方法的合理性和可行性,说明基于ANGA算法的模糊优化方法可以有效解决优化变量繁多的大中型网格结构多目标模糊优化问题。     

单自由度NES在高斯白噪声随机激励下的响应分析

对带有非线性能量汇的单自由度系统进行建模,采用有限差分法进行数值求解,再利用蒙特卡洛法进行数值模拟,比较了两种不同方法下得到的系统稳态统计响应;然后进行参数讨论和分析,讨论了不同参数对系统稳态统计响应的影响,为随机激励下的非线性能量汇动力学参数设计提供参考依据。