摩擦系数对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

为研究摩擦系数变化对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立摩擦系数变化时螺栓联接结构的模态方程;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同摩擦系数下的机匣模态分析,研究发现随着摩擦系数的增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大;最后,采用单变量法重点研究摩擦系数变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,摩擦系数对各阶固有频率的影响程度各不相同。对于某一阶模态频率,若由摩擦系数变化引起的扰动刚度主要增加参与其模态参数的有效刚度,则摩擦系数对该阶模态频率影响较大;若扰动刚度主要增加其非有效刚度,则摩擦系数对该阶模态参数影响较小。结合振型图发现,对于扭转振型对应的模态频率,其受摩擦系数的影响较大,其他振型对应的模态频率受摩擦系数的影响较小。     

考虑结合面影响不同螺栓松动状态的机匣模态分析

以航空发动机机匣为研究对象,在接触问题有限元分析的基础上,研究结合面非线性特性对机匣动态性能的影响,分析不同松动状态下机匣模态变化规律。首先进行考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明结合面非线性特征对机匣各阶固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究不同松紧程度对机匣振动特性的影响,发现各阶固有频率随螺栓的预紧力矩增大而增大,趋向刚性时固有频率,且对于螺栓连接处模态振型变化大的阶次,其固有频率变化尤为显著。最后,研究松动螺栓数量和分布位置对机匣振动特性的影响,松动螺栓增多会导致各阶固有频率略微下降,随着松动螺栓分布的集中,机匣固有频率呈下降趋势,松动螺栓位置分布主要是通过改变各螺栓在结合面上的应力区域之间的重叠区域大小来影响机匣振动特性。     

螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

基于模态分析理论的结合部动刚度辨识EI北大核心CSCD

结合部动力学特性对机械系统动力学性能具有显著影响,结合部动力学信息的准确辨识是组合结构动力学建模的重要前提。基于模态分析理论对结合部动刚度辨识方法进行了深入研究:首先,建立了包含结合部动力学信息的广义动力学模型,从模态分析理论出发,讨论了结合部动力学特性对组合结构固有频率的影响,建立了两者的映射关系;进而,采用质量单元与弹簧阻尼单元建立了理想的动力学有限元模型,通过模态分析所得的固有频率对结合部刚度进行辨识,辨识值与理论值之间最大误差为1.92%;最后,对螺栓连接组合结构进行了模态试验,以所测得的法向及切向典型振型对应固有频率为指标,通过搭建的MATLAB-ANSYS集成平台对螺栓结合部刚度进行辨识,并将所辨识的结合部刚度录入有限元模型,栓接结构固有频率的有限元预测值与实测值之间最大误差率为3.01%;数值模拟试验与现场模态试验的辨识效果均较为理想,验证了方法的可行性。同时,以栓接结构典型振型对应固有频率为指标辨识的结合部动力学刚度信息很好预测其他各阶固有频率的分布,表征和印证了栓接结构在较大预紧力作用下,螺栓结合部非线性动力学特性得到了抑制,满足线性条件假设。     

法兰连接爆炸冲击动力响应分析数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,建立了法兰连接结构的三维有限元模型,使用罚函数法实现了法兰盘-螺栓连接-法兰垫的非线性耦合作用,利用温度荷载法实现了螺栓连接结构的预紧力加载,采用ALE多物质流-固耦合算法研究了法兰连接结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应特性,分别研究了法兰连接在爆炸冲击荷载作用下冲击波入射角、螺栓连接预紧力、法兰垫厚度对其结构的影响,并考虑了垫片为金属材料(合金钢)以及非金属材料(橡胶)时的情况。结果表明,法兰盘为法兰连接的主要耗能构件。合金钢法兰垫片受冲击波入射角的影响较小,而螺栓连接则主要受冲击波入射角的影响。法兰盘在高压压缩波的作用下会产生相对于螺栓连接的不均匀压缩变形。厚垫片并非比薄垫片好,适当减小法兰垫片厚度,可以提高法兰结构的抗冲击能力。     

振动工况下螺栓连接自松弛机理研究

为研究振动工况下螺栓连接自松弛机理,利用ANSYS参数化语言建立考虑螺纹的三维螺栓连接有限元模型,用降温法加载预紧力,进行螺栓连接横向振动瞬态分析;研究横向激励幅值、初始预紧力、螺纹啮合面、螺栓头及螺母承压面以及连接物之间结合面的摩擦因数等对螺栓连接自松弛影响。结果表明,横向振动时完全滑移先发生于螺纹啮合面处;横向激励幅值越小、初始预紧力越大、螺纹啮合面及螺栓头、螺母承压面摩擦因数越大,螺栓连接自松弛越不易发生;激励幅值一定时连接物间结合面摩擦因数对自松弛无影响,但摩擦因数越大,发生横向振动所需剪切载荷越大。研究结果对理解螺栓连接自松弛、指导防松设计具有重要意义。     

考虑紧固螺栓的三排滚柱式转盘轴承载荷分布计算

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响,提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先,基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况,建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型,并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑,采用非线性弹簧单元模拟滚子,通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后,设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验,通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后,基于构建的有限元模型,分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著,而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱,其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大,下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小;在轴向力和倾覆力矩的联合作用下,三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子,充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力,而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷,导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。     

考虑结合面影响的组合梁非线性预应力模态分析

为了研究结合面非线性特性对机械结构动态性能的影响,利用有限元分析软件,以组合梁结合面为研究对象,首先进行了考虑结合面非线性特性的非线性预应力模态分析,证明了结合面非线性特性对组合梁各阶弯曲振动固有频率有重要影响;然后采用单变量法研究了结合面法向载荷和摩擦系数对组合梁振动特性的影响。研究表明：结合面的法向载荷和摩擦系数都会使组合梁的固有频率降低,其中摩擦系数占主导地位。摩擦系数对组合梁低阶固有频率影响较小,高阶时影响较大。最后进行了模态试验验证,实验表明：模态试验所得组合梁弯曲振型与非线性预应力模态分析法所得振型相吻合,且二者所得固有频率之间的误差在接受范围之内,从而证明了非线性预应力模态分析的可行性。     

螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响

由于装配需要或者制造误差等因素的影响,连接板的螺栓与螺栓孔之间不可避免地存在间隙,而且间隙的变化对连接板的模态频率有一定的影响。通过研究螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响机制,讨论一种基于变通孔直径的螺栓连接动力学设计方法。首先,基于ABAQUS软件和Python语言,建立了包含变通孔直径的单搭单螺栓连接板有限元计算模型;然后,探讨了螺栓连接板在一端固支、两端固支两种边界条件下螺栓与孔间隙变化对连接板模态频率的影响机制;最后,提出了一种基于变通孔直径的螺栓连接板动力学设计方法。结果表明:当通孔直径为螺栓直径的1.02~1.20倍时,通孔直径的变化对螺栓连接板各阶固有频率的影响可忽略;通孔直径大于螺栓直径的1.21倍时,其变化对连接板模态频率有明显的影响,且影响程度各异。研究表明在特定激励环境下可通过改变通孔直径来改变系统模态频率,从而避免结构共振。该方法为螺栓与孔间隙对复杂螺栓连接系统固有频率的影响分析提供了参考,也为螺栓连接系统的抗振疲劳设计问题提供了思路。     

螺栓连接对燃机燃烧室结构模态的影响研究

针对螺栓联结带来的预紧力和摩擦系数对装配体模态影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略的问题,利用有限元分析方法、试验结合对比方法进行研究。以某型燃气轮机燃烧室作为研究对象,对重型燃机燃烧室实际模型进行建模,建立带有实体螺栓联结的有限元模型,考虑表面接触刚度、螺栓预紧力和摩擦系数等因素,重点分析预紧力和摩擦系数对结构模态的影响规律;并以该燃气轮机1:4缩比模型加工实体模型,利用锤击法对其进行模态试验,得出其固有频率并与仿真结果对比,验证仿真方法的有效性。     

预紧力与粗糙度对拉杆弯曲振动特性影响的研究

微小型涡喷发动机的离心叶轮轴向长度相比转轴长度不可忽略,可将其看作拉杆转子结构。为研究该拉杆转子结构的弯曲振动特性,建立了包含连接面的简支梁数学模型,应用结合面接触分形理论,推导了预紧力、粗糙度对拉杆弯曲振动特性的数学关系。通过算例研究,得出了预紧力、粗糙度对拉杆弯曲振动特性的影响趋势。结果表明:连接面所需的最小预紧力随着粗糙度的增加呈指数增长;仅考虑连接面刚度变化的情况下,拉杆固有频率与对数坐标下的预紧力之间呈S型曲线关系,粗糙度值越大,S曲线的潜伏期越长;同时考虑预紧力对连接面刚度和拉杆抗弯刚度的影响,当粗糙度较小时,拉杆固有频率随预紧力上升而上升;粗糙度较大或预紧力较大时,拉杆固有频率随预紧力上升而下降。     

一种摆式加速度计结构模态分析

利用ANSYS软件对一种单轴摆式加速度计的结构进行了有限元分析,得出了各阶模态下加速度计结构的固有频率和振型,找到了处于该型加速度计通频带之内的模态频率。然后,对加速度计进行了结构优化,使各阶模态频率处于通频带之外,为加速度计的结构改进提供了理论依据。     

柴油机缸盖振动加速度信号影响因素分析

改变195柴油机的转矩、转速及供油时刻，测量分析各工况的缸盖振动加速度信号，分析结果表明，同样转速时，缸盖振动加速度时域最大波动量及2kHz以下各频带能量与缸内燃烧状况相对应；当转速发生改变时，加速度信号时域最大波动量及各频带能量与缸内燃烧状况间无对应关系。建立有限元分析模型，研究缸盖联接螺栓预紧力及材料刚度对缸盖振动加速度信号的影响规律，结果表明当材料的杨氏模量或联接螺栓预紧力减小时，系统的固有频率降低，使得缸盖振动加速度信号时域最大波动量及2kHz以下各频带能量呈增大的趋势。     

基于振动疲劳试验的复合材料螺栓连接预紧力松弛特性

在强迫弯曲振动试验的基础上,建立了基于模态参数(共振频率和阻尼比)表征螺栓连接结构动态性能的分析方法和试验测试手段;通过施加不同初始预紧力和激振频率,探究碳纤维/环氧复合材料螺栓连接预紧力松弛的时变行为及其影响因素。结果表明:在10h振动疲劳过程中,螺栓初始预紧力越小,激振频率越大,连接件预紧力松弛程度越大;振动疲劳损伤会导致连接结构刚度衰退、阻尼增加;复合材料螺栓连接松弛受到材料黏弹性以及界面摩擦的共同影响,其中约50%的松弛是由复合材料黏弹性效应引起的。      

150吨铸造起重机主梁动力学特性分析

本文来源于某炼钢厂改造项目,对改造后铸造起重机主梁进行模态分析,计算改造后主梁结构的固有频率和相应振型,提取了前六阶固有频率,并对结果进行了分析,得出起重机主梁在受外界激励作用时各阶危险频率下的变形情况。当外部激扰的频率接近各阶危险频率值时,起重机主梁结构可能发生共振或产生较大振幅,对主梁动态刚度进行校核,满足动态特性要求,对起重机的安全稳定运行及提高操作者的舒适性有重要意义。     

褶皱发展对平面张拉薄膜屈曲后动力特性的影响

剪切位移荷载作用下,平面张拉薄膜经历缺陷、临界褶皱和宏观褶皱3种状态。该文依次分别对处于3种状态的薄膜进行自振特性分析,并明确了3种状态的划分原则。计入平面张拉薄膜的微小抗弯刚度,采用ANSYS/LS-DYNA中显式-隐式连续求解的方法对屈曲后薄膜的动力特性进行分析。依据忽略面外变形的理想模型自振特性分析结果,把平面张拉薄膜的振型划分为贯通振型和间断振型,贯通振型又划分为纵向贯通振型和横向贯通振型。研究结果表明:薄膜处于缺陷状态时,面外变形对薄膜自振特性的影响可以完全忽略,受主应力分布的影响,低阶振型中纵向贯通振型更易于出现,纵向贯通振型的波峰或波谷数量随着频率阶数的递增而规律递增。临界褶皱状态,薄膜的各阶频率均随剪切位移的增加而出现大幅波动,面外变形对薄膜振型的影响逐渐增大,横向贯通振型消失,纵向贯通振型的递增规律逐渐破坏;宏观褶皱状态,薄膜的各阶频率趋于稳定,其主应力分布及振型受面外变形的影响显著。     

滚珠丝杠进给系统动力学建模与动态特性分析

考虑滚珠丝杠进给系统中各结合面接触刚度的影响,提出一种有限元建模方法,用于研究滚珠丝杠进给系统的动态特性。将丝杠螺母、导轨滑块和滚动轴承简化为弹簧-质量模型。基于Hertz接触理论推导出其接触刚度的计算公式,采用多单元混合的方法划分网格,建立整个进给系统的有限元模型,仿真得到承载台的前五阶模态振型和固有频率;采用锤击激励法对滚珠丝杠进给系统进行模态试验,试验结果表明仿真和试验得到的模态振型基本一致,固有频率的最大误差为8.9%;基于该有限元模型分析了主轴质量、滚动导轨副预紧力以及滑块间距对进给系统振型分布和固有频率的影响。所提出的动力学建模方法和研究结果对滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构优化具有参考价值。     

含螺栓连接转子系统非线性振动特性研究

针对航空发动机转子大量采用的螺栓法兰连接,建立了连接结构的力学模型,定性给出了两段转子在相对弯曲时连接部位弯矩的分段线性参数化模型。应用状态空间理论和数值计算方法对一个含螺栓连接的转子系统进行了数值模拟,研究其模态特性和稳态动力学响应。研究表明,分段线性变化连接刚度对中转速段尤其是二阶临界转速附近的模态和稳态动力学响应产生较大影响,而转子系统在低速段和高速段保持相对稳定的、可线性化的运动。分析了预紧力对转子运动特性的影响,发现预紧力对转子系统运动稳定性影响显著,在一定范围内增大预紧力会使系统不稳定加剧,但会缩短不稳定运动的区间范围。     

复合材料单螺栓双剪搭接干涉配合疲劳强度评价

该文采用有限元软件ANSYS,建立了复合材料单螺栓双剪搭接干涉配合的三维有限元模型,研究了当连接模型中施加了预紧力时,预紧力对干涉配合的影响.首先分析了无载荷作用下复合材料板在干涉配合孔边切向应力分布特点;之后比较了双剪搭接在10kN 和15kN 两种远程纵向载荷作用下,孔边切向应力的分布情况.结果表明:远程纵向循环载荷作用下,预紧力能有效均匀各板所受载荷,并可消除在无预紧力时中板上的局部应力集中点,而且适当增大预紧力能提高干涉配合连接的效率;此外研究显示双剪搭接连接在不同的载荷下,疲劳危险点也不同;最后研究了复合材料干涉配合连接时,各板的交叉区域孔边切向应力分布,因此得出各板在高低不同的载荷下疲劳危险点的分布.