平稳随机激励下线性随机结构动力响应分析

对于外载是平稳随机激励的线性随机结构分析问题,在随机变量函数矩点估计和虚拟激励法的基础上,建立随机响应均方值特征参数的矩估计算法.应用虚拟激励法将随机载荷转化为确定性简谐载荷,计算确定性结构在平稳随机激励下响应的均方值,采用点估计方法分析平稳响应均方值的均值和方差,并计算响应均方值的变异系数,通过两个算例考察结构参数的随机性对结构响应均方值的影响.由于基于随机变量函数矩的点估计和虚拟激励法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

修正载荷识别远场误差的虚拟远场激励方法

载荷识别方法是工程振动噪声测试与分析中常用的一种振动响应逆向求解方法。但是由于载荷识别方法实施的过程中不能很好地考虑结构系统的复杂阻尼特性,导致在离激励点较远的远场,误差非常大,这对载荷识别方法的广泛应用提出了挑战。提出虚拟远场激励方法,即在离激励点较远的远场位置布置虚拟激励点,来实施载荷识别,由此可以避免结构中由于离激励点较远的位置的存在而带来的远场求解误差。通过与试验测试数据、传统载荷识别方法求解结果进行对比,表明采用虚拟远场激励方法求解得到的振动响应与试验测试数据更为接近,特别是在远场,误差得到了显著的改善。这表明,虚拟远场激励方法可以有效提高传统载荷识别方法在远场的求解误差,而且可以广泛用于各种载荷激励难以确定的复杂机械系统的振动求解。     

转向节多轴虚拟试验台架载荷谱应用研究

不同类型的台架载荷谱对转向节的疲劳损伤影响规律有所不同，因此探求精确的载荷谱编辑方法仍是亟待解决的重要问题。以经过校验后试验场载荷谱为数据来源，简化了冗余的转向节耐久规范；通过悬架运动学及柔顺性(Kinematics Compliance, KC)试验和虚拟迭代法，从静态与动态验证了整车多体动力学模型的准确性；采用时域编辑法，生成了保留时域与频域特征的转向节台架随机谱；基于损伤等效原则创建了转向节四级台架程序谱；从统计转向节关键点各方向的伪损伤值占比出发，以转向节模态试验验证后的有限元模型为载体，搭建了转向节多轴虚拟台架；应用模态应力恢复法，讨论分析转向节虚拟台架下的原始谱、台架随机谱、台架程序谱对其疲劳损伤的影响，结果表明三者激励下的转向节疲劳损伤分布保持一致，台架随机谱与台架程序谱较原始谱最大损伤比分别为0.75和1.7,验证了台架载荷谱编辑方法的准确性，说明了转向节虚拟台架的工程实用性；最后，通过虚拟台架传递矩阵确定了引起转向节疲劳损伤的载荷与道路类型，为结构改进提供数据支撑。     

随机激励下基于Kriging模型的车辆悬架多目标优化

为改善车辆行驶的舒适性并减小轮胎动载荷对道路的损伤,以某型客车为研究对象,建立多目标优化模型.在路面不平顺激励下,采用虚拟激励法求解车辆悬架随机振动响应,构建Kriging模型,并用求解多目标结构优化的中心法对车辆悬架参数进行优化.算例结果表明,虚拟激励法与Kriging模型相结合,能较好地求解车辆悬架优化问题,具有更好的效率和稳定性.     

非稳态风致载荷下车体结构典型载荷谱仿真研究

为了考虑随机风载荷对车体结构疲劳强度的影响,以某型高速列车车体结构为研究对象,提出一种计算方法研究风致载荷作用下的车体结构典型载荷谱。主要内容包括:首先,根据京津线路沿线的风谱,选择Cooper风速谱作为目标谱,以线性滤波方法(卡尔曼滤波法)模拟作用在车辆上的风速。同时,基于风速与风压关系,引入一种权重函数模拟的时域计算方法获取高速列车横风作用下非定常的气动载荷。根据车辆动力学参数、轨道不平顺特征以及沿线瞬时最大风速等建立整车多体动力学模型和确定车辆典型运行工况。在车辆动力学模型中施加气动载荷激励,评估高速列车在风致载荷工况作用下的列车运行安全性。根据提出的载荷谱仿真计算方法,提取车体结构的载荷时间历程。采用雨流计数法对其进行载荷谱编制,形成典型的车体结构风致载荷谱。研究结果表明:采用线性滤波法获取的风速功率谱与目标谱在主要频段内拟合精度较高,随机风速的最大能量分布集中于0.01~3 Hz范围内;通过引入权重函数的气动力计算可以有效过滤气动力中的高频脉动成分,能够真实反映实际气动力载荷的延迟特征。该方法可以有效研究风致载荷作用下的车体结构载荷谱。     

随机载荷下内燃机轴系动力可靠性分析

综合考虑内燃机轴系激振力矩随机性以及刚度非线性的影响,建立轴系扭纵耦合非线性动力学模型,利用虚拟激励法求解轴系的随机响应,并基于首次超越破坏准则,分析了轴系在随机载荷作用下的动力可靠性。仿真计算结果表明,平稳随机激励的动力可靠性要高于非平稳随机激励,纵向振动、发火间隔角、随机激励的强度和传递路径对轴系动力可靠性均有一定的影响。     

多种动载荷激励下变速器箱体的动态响应分析

变速器箱体是变速器中结构最复杂、所受激励最多的部件,由于动载荷的存在,箱体受到的破坏远大于其静载设计。建立了齿轮传动系统刚柔耦合多体动力学模型,求解了齿轮时变啮合刚度、阻尼、误差及驱动电机转矩波动激励下轴承座位置处动态力响应,以及随机路面谱激励下悬置点处动态力响应,在此基础上,利用模态叠加法对变速器箱体进行动态特性求解分析。结果表明,箱体总体设计较为保守,中间的板类零件变形较大、刚度较小,在设计初期需重点关注。     

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。     

基于虚拟激励法的采煤机截割部振动响应分析

针对研究采煤机摇臂随机载荷作用下振动响应问题时,频率响应函数H矩阵的求解过程繁琐等问题,文中使用虚拟激励法构造虚拟载荷施加于采煤机滚筒,研究采煤机摇臂在纵向随机载荷作用下的振动响应。使用ADAMS多体运动仿真软件建立摇臂多体运动仿真模型,并进行仿真研究,得到仿真结果略大于理论计算结果。对采煤机截割部进行振动试验测试,所得测试结果略大于仿真及理论计算结果,但是误差在10%以内,能够达到精度要求。通过调整系统各个部件的质量、刚度和阻尼研究其对系统振动响应的影响。结果表明,滚筒质量和滚筒连接梁的刚度对系统振动影响较大,在对摇臂进行设计时要进行合适的优化设计。     

用于分析车辆随机振动的一种新方法

针对虚拟激励法描述过于简化的问题,从理论基础和基本公式出发,对虚拟激励法的基本原理进行了总结与说明,建立了虚拟激励、虚拟响应与其导数的关系.采用1/4车辆2自由度系统振动模型,应用虚拟激励法的思想.构造了虚拟路面激励,推导了1/4车辆两自由度振动系统的频率响应特性,建立了求取系统振动响应量功率谱密度的公式.给出了应用虚拟激励法求解振动响应量功率谱密度的算例.结果表明,虚拟激励法取得了与傅里叶分析方法相同的效果,但推导更简单,不用推导振动响应量的频率响应特性.     

透平膨胀机叶轮耦合应力的强度有限元分析

根据透平膨胀机的工作原理,基于有限元分析理论,对透平膨胀机的主要部件叶轮进行了结构、温差和气动力耦合作用的强度分析,采用三维实体建模的方法,以叶轮的实际工况为输入条件,通过ANSYS有限元分析软件计算得到了离心力、温差应力和气动力共同作用下的叶轮应力应变分布状况,并对叶轮的安全性进行了校核分析。计算结果表明,气动力载荷使得离心力、温差应力作用时产生的应力应变有减小的趋势。所以,同时考虑离心力、温差应力及气动力耦合作用的叶轮应力应变值更符合叶轮的实际情况。     

Optimal design of impeller for centrifugal compressor under the influence of one-way fluid-structure interaction

In this study, a method for optimal design of impeller for centrifugal compressor under the influence of Fluid-structure interaction (FSI) and Response surface method (RSM) was studied. Numerical simulation was conducted using ANSYS Multi-physics with various configurations of impeller geometry. Each of the design parameters was divided into 3 levels. Total 45 design points were planned by Central composite design (CCD) method, which is one of the Design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces generated based on the DOE results were used to find the optimal shape of impeller for high aerodynamic performance. The whole process of optimization was conducted using ANSYS Design xplorer (DX). Through the optimization, structural safety and aerodynamic performance of centrifugal compressor were improved.     

半开式离心压缩机叶轮叶片单向流固耦合分析

采用非结构化网格有限体积法和有限元方法,进行了不同工况半开式离心叶轮叶片单向气动与强度流固耦合分析。根据计算结果,分析了设计工况下叶片分别在气动载荷、离心惯性力载荷和耦合前两种载荷下的变形、应力分布。并对比分析了不同工况下气动载荷和耦合气动载荷和离心惯性力载荷情况下叶片的最大总变形和最大应力。得出了3种载荷情况下半开式离心叶轮叶片变形和应力的分布特征,探讨了工况变化对叶片的最大总变形和最大应力的影响。     

火炮随机激励对天线指向精度的影响

针对安装于炮座上,处于恶劣振动环境下的天线座结构研制问题,运用ANSYS有限元分析软件的随机振动谱分析工具,以天线座安装基面上实测的振动功率谱密度为激励,建立有限元动力分析模型,得出该结构系统的随机振动响应统计值;对位移响应谱作近似时域化处理及互相关分析,计算了随机振动对天线指向精度的影响。     

气流激振力作用下离心叶轮的瞬态响应分析

为研究流场中离心叶轮受气流激振的瞬态响应问题,利用叶盘结构的循环对称性编制计算程序,实现了使用单扇区模型计算非循环对称力作用下离心叶轮的受迫振动。应用时间倾斜方法计算非等栅距情况下导叶/叶轮干涉的非定常流场,将叶片表面的气动力数据由流体网格插值到结构网格。使用FEAST求解器计算基本扇区各节径下的振型数据,并将其由基本扇区展开至所有扇区,根据各扇区所受周期激励的时间差建立载荷矢量,结构动力方程的时域积分使用Newmark方法完成。以一半开式径向叶轮为例,进行了两种转速下叶盘结构的瞬态响应分析。单扇区模型与整体模型计算的位移响应结果符合较好,两个潜在共振点附近激振频率的振动响应均呈现出近于发散变化的趋势,表明了算法的正确性和预测气流激励导致共振的有效性。     

基于Workbench整体叶轮流固耦合强度分析

作为许多动力机械的核心部件的叶轮,其强度及可靠性的问题日渐突出。叶轮工作时,流体力和高速旋转时的离心力为其主要载荷。基于Workbench软件对整体叶轮的内部流场和工作压力分布进行数值模拟;使用ANSYS CFX进行复杂几何形状叶轮的流体动力分析,得到了整体叶轮的流场和工作压力场及流体载荷在叶轮内部产生的等效应力分布图,并耦合了旋转离心载荷等,研究了在高压工况情况下,叶轮的载荷组成和流固耦合下的叶轮强度。     

Review on Stress Corrosion and Corrosion Fatigue Failure of Centrifugal Compressor Impeller

Corrosion failure,especially stress corrosion cracking and corrosion fatigue,is the main cause of centrifugal compressor impeller failure.And it is concealed and destructive.This paper summarizes the main theories of stress corrosion cracking and corrosion fatigue and its latest developments,and it also points out that existing stress corrosion cracking theories can be reduced to the anodic dissolution(AD),the hydrogen-induced cracking(HIC),and the combined AD and HIC mechanisms.The corrosion behavior and the mechanism of corrosion fatigue in the crack propagation stage are similar to stress corrosion cracking.The effects of stress ratio,loading frequency,and corrosive medium on the corrosion fatigue crack propagation rate are analyzed and summarized.The corrosion behavior and the mechanism of stress corrosion cracking and corrosion fatigue in corrosive environments,which contain sulfide,chlorides,and carbonate,are analyzed.The working environments of the centrifugal compressor impeller show the behavior and the mechanism of stress corrosion cracking and corrosion fatigue in different corrosive environments.The current research methods for centrifugal compressor impeller corrosion failure are analyzed.Physical analysis,numerical simulation,and the fluid-structure interaction method play an increasingly important role in the research on impeller deformation and stress distribution caused by the joint action of aerodynamic load and centrifugal load.     

轮轨滚动接触高频振动的研究

利用有限元原理,研究由轨道不平滑而引起的铁路轮轨接触的高频振动。应用ANSYS软件对结构进行有限元分析,确定轮对模态和固有频率,计算轮对在随机谱激励下的响应。     

动车组牵引变压器冷却风机气动噪声特性的试验和仿真分析

为研究动车组牵引变压器冷却风机的气动噪声特性,针对某型冷却风机进行气动噪声试验,得到在不同测点处的声压级和频谱特性。同时,针对该型风机建立仿真模型,模型中考虑电动机、支架等实际结构,结合计算流体力学方法和Lighthill声学比拟理论,对冷却风机的非定常流动特性和远场声场进行数值仿真,与试验数据进行对比。结果表明,通过大涡模拟得到的冷却风机噪声主要阶次与试验具有较好的一致性;在基于风机侧面评价点声压功率谱密度所估算声功率贡献量中,宽频带噪声占比为74.76%,是后续减振降噪的重点;阶次噪声占比为25.24%,结合仿真分析发现,阶次的主要来源为进风口动叶轮和出风口动叶轮处气流脉动压力所形成的偶极子声源,其中进风口第33阶次和出风口第10阶次最为重要。所得分析结果可为该型风机的气动性能和气动噪声的改进提供切实可行的参考依据。     

热流环境下航空发动机短环形火焰筒动力学响应特性分析

采用数值仿真分析方法对航空发动机短环形火焰筒结构进行简化处理,构建短环形火焰筒结构模型.通过有限元方法对结构进行流固耦合分析计算,得到火焰筒壁面温度分布及气动压力分布,计算火焰筒结构热模态结果并分析.通过耦合的有限元/边界元法以扩散场的形式对火焰筒结构施加噪声激励载荷,对火焰筒结构多场耦合非线性动力学响应特性进行分析,...