非典型气动荷载下压缩机叶轮疲劳强度分析

针对气动激励下压缩机叶轮疲劳破坏问题,研究气动激振力的频域特性以及叶轮共振特性,提出相应的叶轮疲劳强度校核及失效分析方法。对某离心压缩机叶轮非定常气动荷载计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算结果进行傅里叶变换,获得其频率、幅值与相位特征,重点分析气动激振荷载在相邻叶片间的相位关系。对于在相邻叶片间相位差循环对称分布的典型荷载分量,通过干涉图确定叶轮的共振模态,对于相位差非循环对称分布的非典型荷载分量,通过激振频率下叶轮动应力在各节径的分布情况确定叶轮的共振模态。基于叶轮静应力和共振动应力计算结果进行疲劳分析。结果表明,计算预测的疲劳破坏位置与实际发生疲劳裂纹位置相吻合,相位差非循环对称分布的非典型气动荷载激起叶轮零节径的共振是引起叶轮疲劳失效的主要原因。     

内外压分别作用下冷却塔风振系数对比研究

现有冷却塔规范和文献中关于风振系数的研究和取值建议均针对外表面风荷载作用,并认为内压作用下风振系数与外压作用下的数值一致,这无法真实反映冷却塔内压引起的风振效应。为对比研究内、外压分别作用下超大型冷却塔结构的风振特性及风振系数,以国内某在建超规范限值高210m间接空冷塔为研究对象,首先,进行刚体同步测压风洞试验获取内、外表面平均和脉动风荷载;其次,建立塔筒-支柱-环基一体化有限元模型,采用完全瞬态法对超大型冷却塔在内、外压分别作用下的塔筒风振响应和风振系数进行了精细化计算分析,探讨了以塔筒径向位移、子午向轴力、Von Mises应力和环向弯矩4种典型目标响应下的风振系数取值标准,提炼出超大型冷却塔内、外压作用下的一维、二维和三维风振系数分布规律;最后,分别给出了此类超大型冷却塔内、外压作用下风振系数的取值建议和二维拟合公式。主要结论可为此类超大型冷却塔风振系数的精细化取值提供科学依据。     

基于PIM法车桥耦合模型Duhamel项迭代格式选择

考虑荷载在积分步长内的协调分解和不变常量,结合模态综合叠加技术,建立移动弹簧质量车桥耦合振动模型,引入精细积分算法(precise intergration method,简称PIM),并采用科茨及高斯积分格式展开精细积分中Duhamel非齐次项进行求解。以移动弹簧质量车模型作用于简支梁桥为例,分析积分步内荷载等效方法及Duhamel非齐次项展开方式对车桥耦合振动响应的影响。研究结果表明:荷载协调分解并结合科茨积分格式计算结果与解析解更接近,Newmark-β法积分步长内荷载分解形式对计算结果影响较小;荷载协调分解的高斯积分格式计算结果呈发散趋势,待定系数法计算结果与实际偏离较大;Newmark-β法能满足工程需要,但在保证相同计算精度时,需采用较小积分步长、同时耗费较多计算时间;与其他几种数值方法相比,积分步长内荷载协调分解并将科茨积分格式引入精细积分的算法(PIM-Cotes-Harmonize,简称PIM-C-H法),具有快速收敛且计算快的优势。     

风雨共同作用超大型冷却塔气动力和受力性能

为定量评价雨荷载对超大型冷却塔气动力和风效应的影响,以国内某在建世界最高的220m超大型双曲线间接空冷塔为例,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)方法对冷却塔周围风场进行数值模拟,验证模拟结果的有效性后添加离散相模型(discrete phase model,简称DPM)进行雨强为50mm/h的暴雨模拟,系统分析了风雨共同作用下冷却塔表面流体绕流特性、风雨荷载特征值及平均压力系数的变化。在此基础上,采用有限元方法分析了风荷载和风雨荷载共同作用下超大型冷却塔风致稳定性和受力性能。研究表明:冷却塔表面所受总雨荷载占总风荷载的6.71%,部分区域内雨压系数可达0.07以上,与风压系数的比值最高可以达到26.98%;相比于风荷载,风雨荷载共同作用降低了冷却塔整体屈曲稳定和局部稳定性能,增大了塔筒、支柱和环基结构内力响应,屈曲位移最大增量达10%,0°子午向轴力最大增量达17.4%。该结论可为此类大型冷却塔结构抗风/雨荷载设计提供参考依据。     

基于SGHT的航天器微振动信号处理方法

针对现有常用航天器微振动信号处理方法的不足，以辛几何模态分解方法（Symplectic geometry mode decomposition，简称SGMD）为基础，结合希尔伯特谱分析（Hilbert spectrum analysis，简称HSA），提出辛几何-希尔伯特转换（Symplectic geometry Hilbert transform，简称SGHT）方法。首先，根据输入信号，采用辛矩阵相似变换求解Hamilton矩阵的特征值，利用其对应特征向量重构单分量信号；其次，通过计算归一化互信息，将相似的分量合并为辛几何分量（Symplectic geometry component，简称SGC），用输入信号与计算得到的SGC分量相减，得到新的输入信号进行下一轮迭代，直至满足终止条件；最后，进行希尔伯特转换，并输出结果。通过微振动信号模型的仿真验证，与目前常用的微振动信号处理方法相比，在非平稳的复杂微振动信号下，SGHT方法表现出较好的分解性能和处理能力。使用该方法处理先进天基太阳天文台（advanced space-based solar observatory，简称ASO-S...     

基于MEWT‑ASCS的行星齿轮箱微弱故障特征提取

针对强噪声背景下行星齿轮箱早期微弱故障难以提取以及经验小波变换对信号频率区间边界划分不恰当以及不能有效确定模态数目的问题,提出了一种基于改进经验小波变换（modified empirical wavelet transform, 简称MEWT）和自适应稀疏编码收缩（adaptive sparse coding shrinkage,简称ASCS）的早期微弱故障特征提取方法。根据信号频谱的尺度空间表示,将原始故障信号自适应地分解为一系列的窄频带本征模态分量。利用包络谱峭度（envelope spectrum kurtosis, 简称ESK）值选择敏感分量,为了进一步凸显分量中的故障信息,使用ASCS算法对敏感分量进行稀疏降噪处理,从其包络谱中即可提取到清晰的故障特征频率成分。数值仿真和实际数据分析结果表明,本研究方法能够自适应地实现故障信号的模态分解并增强微弱的故障冲击特征。此外,与经验小波变换（empirical wavelet transform, 简称EWT）,EWT?ASCS和ASCS进行对比,本研究方法可有效提取包含故障信息丰富的分量,经ASCS处理后信号故障特征得到凸显,实现了行星齿轮箱早期微弱故障的准确识别。     

基于变分模态分解法和共振解调技术的滚动轴承早期故障检测研究

针对滚动轴承早期故障信号提取困难的问题,基于变分模态分解法和共振解调技术,对滚动轴承早期故障检测进行研究。采用变分模态分解法对滚动轴承振动信号进行分解,计算各分解分量的峭度值,并选取两个最敏感的固有模态分解分量进行重构,然后利用共振解调技术进行解调分析,采用快速傅里叶变换计算出包络谱图。试验结果表明,应用变分模态分解法与共振解调技术更能准确地判断出滚动轴承的早期故障。     

单回路500kV输电塔风致响应参数分析

首先,对典型单回路500kV高压输电塔进行了有限元模态分析;然后,利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法,对单回路高压输电塔风致响应进行了参数分析;最后,详细探讨了参振模态数目、模态交叉项、结构阻尼比等参数对响应的影响。结果表明:输电塔上部节点考虑前三阶整体振型(两水平向侧弯和扭转)就能保证足够高的位移计算精度;参振模态数目对加速度响应值有较大的影响,随模态阶数的增加,加速度响应单调增大;基底弯矩主要由各方向一阶侧弯振型贡献。输电塔对阻尼比的变化敏感,随着阻尼比的增大共振响应明显减小,阻尼比对响应低频部分的影响基本可以忽略。此外,在单回路酒杯型输电塔频域响应分析中,可不考虑模态交叉项的影响。     

轿车车室声固耦合系统的模态分析

车室声学模态分析是汽车NVH特性研究的重要内容,识别系统模态对避免声学共振、降低车内噪声有重要意义。利用有限元法建立某轿车车身结构和车室空腔模型,并建立了考虑结构与空气之间相互作用的车室声固耦合系统模型。列出三个系统的有限元方程式,使用MSC.Nastran软件对三个模型的模态进行仿真计算,对结构的模态频率和变形部位、空腔声学系统的声学模态频率和声压分布情况以及耦合系统中结构和声学空腔模态频率和振型的变化进行了详细分析。测量车内纵向对称面上的等声压线以验证仿真结果。结果表明：结构与空气的相互作用将改变原系统(车身结构或车室空腔)模态的频率和振型,并将引起另一个系统产生相应模式的振动;系统第一阶声学模态为纵向声学模态,其振型的试验结果与仿真结果在分布特点、变化趋势等方面符合较好。     

某航空发动机附件传动系统的共振特性分析

采用集中质量法建立了某航空发动机传动系统的简化分析模型,并根据模型推导了系统的动力学方程,采用轴单元分析法对系统的固有模态进行分析,先后计算了系统中单根转子的固有模态和系统的耦合模态,通过对两种模态进行对比,发现耦合传动系统除了单轴模态和以某一单轴模态为主的弯扭耦合模态外,还派生出新的对齿轮耦合作用非常敏感的弯扭耦合模态。应用Campbell图分析了不同工作转速下转子的固有频率,为系统共振分析提供了依据。     

基于IES的切削颤振孕育期信号降噪方法

切削颤振孕育期介于稳定切削与颤振爆发之间,该阶段切削力信号中颤振特征具有典型微弱信息特性。采用基于总体经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition, 简称EEMD）与奇异值分解（singular value decomposition, 简称SVD）相结合的方法对颤振孕育期信号进行降噪时,大多存在噪声剔除不充分或微弱目标特征信息失真等问题。首先,通过引入功率谱密度（power spectral density, 简称PSD）与常相干函数（common coherency function, 简称CCF）对EEMD降噪机制进行改进,使微弱目标特征所在本征模态函数（intrinsic mode function, 简称IMF）分量得到有效提取;其次,借助池化原理（pooling principle, 简称PP）降低IMF分量复杂度,并联合SVD对其实施分块降噪,以实现对微弱目标特征中所含噪声进行有效消减;最后,耦合上述改进并重构信号,可面向微弱目标特征信号形成基于改进EEMD?SVD（improved EEMD?SVD,简称IES）的降噪方法。分别利用IES与EEMD?SVD对Rossler混沌信号进行降噪处理,并通过比较信噪比、均方误差及平滑度等降噪评价指标,对所提方法在降噪有效性及信息保真度方面的优势进行量化验证。在此基础上,再次借助所提IES方法对变轴向切深铣削实验中颤振孕育期铣削力信号进行降噪分析。结果表明,该方法能显著抑制颤振孕育期信号噪声,并能有效避免微弱颤振特征信号失真问题。     

翼面热环境的并行迭代耦合方法及热模态分析

为了准确分析翼面热环境,提出了一种并行迭代耦合方法。气动加热和结构传热分别采用有限体积法(finite volume method,简称FVM)和有限元法(finite element method,简称FEM)求解,且采用基于虚拟空间的插值方法进行数据传递。进行了圆管算例分析,2s时刻驻点温度计算值与试验值相对误差为5.16%,验证了并行迭代耦合方法的精度。进行了翼面热环境和热模态的分析,结果表明翼面最高温度与马赫数呈近似线性关系,且非耦合方法获得的翼面最高温度比耦合方法高342.2K,这是由于非耦合方法未考虑气动热与结构传热之间的耦合效应。相比热应力引起的结构附加几何刚度,热环境下材料刚度的降低是翼面刚度和固有频率下降的主要因素,并且随着马赫数的增加,低阶比高阶固有频率下降得更快。     

基于随机共振的机械传动系统机电耦合振动检测方法

为提高机械传动系统机电耦合振动检测的准确性,设计基于随机共振的机械传动系统机电耦合振动检测方法。采用随机共振理论去除信号噪声,推导整个传动系统的运动学传动比;对耦合传动效率建模,求解主共振现象;计算外界激励频率,确定主共振解的幅频参数,并忽略各物理量的高次谐波,计算机械转速并确定混沌阈值;分析系统干扰情况,以此完成机械传动系统机电耦合振动检测。实验结果表明,所提出的振动检测方法具有较高的准确性。     

某轻卡变速箱耦合系统的动态特性研究

以某轻卡变速箱为研究对象,采用Workbench软件对变速箱耦合系统进行了有限元模态分析,获得了变速箱的模态频率及对应模态振型,并通过理论计算发动机激振频率、各挡齿轮啮合频率、输入轴及输出轴转频,证明了发动机与变速箱不会发生耦合振动现象;同时,有几组频率可能激发变速箱耦合系统发生共振现象,为变速箱耦合系统动态响应分析及故障诊断提供理论依据。     

桥面不平引起车桥系统随机振动车速因素分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度系统,桥面不平顺引起的车桥耦合振动荷载等效为虚拟激励荷载,建立移动车辆-桥梁耦合随机振动模型,运用虚拟激励法((pseudo excitation method,简称PEM)并结合模态综合叠加技术进行求解。将数值迭代结果与Monte-Carlo法对比,验证求解算法的正确性。以简支梁桥为例,在频域内对桥面不平顺引起车桥耦合随机振动的车速因素进行分析。结果表明:桥梁跨中竖向位移均方根值随车速变化较大,车速对位移和加速度功率谱曲线的1阶频率峰值和带宽影响显著;近支点加速度功率谱曲线的峰值、频率及带宽随车速变化明显。研究桥面不平顺引起的车桥耦合随机响应,车速对桥梁和车体振动影响不可忽略。     

涡轮增压器叶轮流固耦合模态分析

为了研究流固耦合场对涡轮增压器叶轮模态参数的影响,采用基于湍流模型理论建立了涡轮增压器压气机的流场模型.并进行了流场网格划分和边界条件的加载.通过计算获得了流场内部的流速、压力分布,把流场压力分布加载到叶轮固体表面上,并计算考虑流固耦合场的叶轮模态.计算结果表明,流固耦合场主要影响叶轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小.     

基于DCIF-GAN的肺部肿瘤PET/CT跨模态医学图像融合

基于生成对抗网络（Generative Adversarial Network,GAN）的医学图像融合是计算机辅助诊断领域的研究热点之一,但是现有基于GAN的融合方法存在训练不稳定,提取图像的局部和全局上下文语义信息能力不足,交互融合程度不够等问题。针对上述问题,本文提出了双耦合交互式融合GAN (Dual-Coupled Interactive Fusion GAN, DCIFGAN)。首先,设计了双生成器双鉴别器GAN,通过权值共享机制实现生成器之间和鉴别器之间的耦合,通过全局自注意力机制实现交互式融合;第二,设计耦合CNN-Transformer的特征提取模块（Coupled CNN-Transformer Feature Extraction Module, CC-TFEM）和特征重构模块（CNN-Transformer Feature Reconstruction Module, C-TFRM）,提升了对同一模态图像内部的局部和全局特征信息提取能力;第三,设计跨模态交互式融合模块（Cross Model Intermodal Fusion Module, CMIFM）,通过跨...     

重卡驾驶室的声固耦合模态分析

利用有限元法建立某重卡驾驶室车身结构和车室空腔模型,并建立了考虑结构与空气之间相互作用的车室声固耦合系统模型。使用Nastran软件对三个模型的模态进行仿真计算,对结构的模态频率和变形部位、空腔声学模态频率和声压分布情况以及耦合系统中结构和声学空腔模态频率和振型的变化进行了详细分析,为下一步的车身设计和改进提供了依据。     

海上浮式风电机组刚柔耦合结构动力学建模与分析

基于凯恩方法和模态叠加法对三叶片水平轴海上浮式风电机组进行了刚柔耦合结构动力学建模和分析。首先建立浮式平台的水动力载荷模型,然后,把塔架和叶片等柔性件离散为有限个刚性单元体,并采用模态叠加法计算每一离散单元的偏速度和偏角速度,最后采用凯恩方法建立刚柔耦合结构动力学模型。以美国可再生能源实验室（NREL）海上5MW半潜式风电机组为算例,结合气动力载荷模型和水动力载荷模型对所建立的模型进行了风、浪响应计算,主要从输出功率、叶尖及塔顶振动信号的耦合特性两个方面对海、陆风电机组进行了对比。     

基于MOOSE框架的热力全耦合仿真方法研究

现有热力耦合仿真方法大多基于多种工具间的数据传递,面临数据接口开发、异构网格映射等困难,且求解使用的固定点迭代等耦合算法在求解效率、精度和收敛性等方面存在问题。文中基于开源的多物理场耦合仿真（Multiphysics Object-Oriented Simulation Environment, MOOSE）框架开发了热力耦合仿真应用程序,实现了多场统一建模和全耦合求解。通过与商业软件基准案例对比校核计算程序,证明了程序的正确性,进而成功开展了某相控阵天线的热力耦合计算,表明程序具有应用于复杂电子设备热力耦合仿真的潜力。