燃气轮机拉杆转子考虑接触效应的扭转振动模态分析

燃气轮机转子一般是由多个层叠的轮盘通过拉杆组合而成,各轮盘接触面由磨削加工形成。粗糙度测试结果表明磨削加工的实验拉杆转子轮盘面具有两个不同分形结构的区域。利用结构函数法计算了这种双重分形面的轮廓曲线的分形维数D1、D2和分形粗糙度参数G1、G2 。采用双重分形几何描述接触表面的拓扑结构,并根据赫兹接触理论导出接触微凸体的切向接触刚度。弹塑性双重分形面的切向接触刚度等于所有微观弹性接触点的切向接触刚度的总和。粗糙层是由相接触的微凸体所构成的,其抗扭刚度模化为接触转子轮盘间的一个抗扭弹簧。通过三维有限元模态分析和实验模态分析得到了拉杆转子在不同预紧力下的扭振模态频率。通过上述计算和实验结果识别了粗糙层的抗扭刚度,实验测试结果和理论计算结果相一致,这表明上述接触层抗扭刚度的双重分形模型实合理的,可以有效地考虑接触效应对拉杆转子扭转振动模态频率的影响。     

界面掀起和轴力对组合梁动力弯曲特性的影响

考虑组合梁界面的法向/切向部分相互作用以及各子梁轴力的二阶效应,利用Hamilton原理得到了位移描述的Euler-Bernoulli组合梁非线性动力弯曲及一阶近似的初边值问题,并应用微分求积法研究了考虑界面法向/切向部分相互作用组合梁的临界荷载和固有频率。在通过与已有解析解和有限元结果对比验证了本文微分求积法正确性和适用性的基础上,进行了参数分析,研究了组合梁界面刚度对组合梁动力特性和稳定性的影响以及轴力对组合梁固有频率的影响。数值结果表明：组合梁的固有频率与临界荷载随界面刚度的增加而增加,并逐步趋于完全作用组合梁的固有频率与临界荷载;当轴向压力逐渐增加并趋于临界载荷时,组合梁的一阶固有频率逐渐减小并趋于零,并且,临界载荷随法向和切向刚度的增加而增加。     

干气密封动静环摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型

基于分形理论,根据重新建立的微凸体接触模型,并考虑微凸体弹性变形以及热应力变形,建立了干气密封两摩擦界面热弹性法向接触刚度计算模型,并对其影响因素进行了数值分析。研究结果表明:热法向接触刚度、弹性法向接触刚度均随无量纲真实接触面积、分形维数增大而增大,而随特征尺寸增大而减小,其中分形维数、特征尺寸对弹性法向接触刚度影响较为显著;摩擦因数对热法向接触刚度和弹性法向接触刚度的影响相反,摩擦因数增大,热法向接触刚度变大,而弹性法向接触刚度变小;热法向接触刚度随着转速以线性方式增大。摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型的建立与分析,将为研究考虑热效应的干气密封摩擦振动奠定一定基础。     

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。     

基于超声和图像的法向刚度测量方法分析

工程应用中接触界面法向刚度的检测一般采用超声法和图像法,但是采用不同检测方法对结果的影响并未深入研究。设计并搭建了一套能同时进行接触界面法向刚度超声和图像测量的实验平台,实验结果表明图像法检测刚度结果低于超声法,更接近于仿真结果。从实验原理上分析了不同检测方法对结果的影响,更深入地分析了接触界面测量机理,为工程应用中结合实际工况选用合适的检测方法提供参考。     

车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。     

接触界面对拉杆组合柔性转子轴承系统的非线性动力特性影响

对于拉杆柔性组合转子轴承系统,其接触界面类型复杂、数量众多,是影响其动力特性的众多因素之一。以拉杆柔性组合转子轴承系统各轮盘间的接触界面为考察对象,根据接触界面压力结合微观模型有限元分析,得到其宏观尺寸下的界面接触刚度。采用无质量无长度的均质面弹簧对接触界面进行等效,推导了接触界面作为附加弹簧单元对系统产生附加刚度矩阵的一般形式,并完成了计及接触界面效应的系统动力学建模。结合应用计及轴向力的铁木辛格梁轴单元的整体转轴建立的有限元模型,得到系统的动力学方程。而后采用打靶法和Floquet稳定性判别理论对系统进行分析求解,得到了计入接触界面影响后系统的稳定性边界和分叉形式,数值结果表明接触界面对不平衡组合转子的动力特性影响不可忽略。     

拉杆转子扭转振动研究

以往对拉杆转子的研究多以连续整体转子对待,模型精度不高,为此,将拉杆转子非连续界面上的接触效应考虑在内,运用键合图法建立了拉杆转子扭转振动的动力学模型,并对接触面当量扭转刚度的影响因素作了相关分析。结合一实验拉杆转子对其扭转振动进行了理论计算与实测对比,分析了不同预紧力作用下拉杆转子与连续整体转子扭转振动的固有频率,并将预紧力为4000N时拉杆转子与连续转子的模态振型进行了对比。结果表明,该拉杆转子扭振模型不仅具有更高的精度,而且它通过接触面的扭转变形从本质上体现了拉杆转子与连续转子的区别,为今后对拉杆转子的进一步研究奠定了基础。     

金属橡胶的刚度特性和阻尼试验研究

基于金属橡胶内部微元螺旋卷结构,并以弹簧理论建立其力学模型,分析了在螺旋卷之间不同接触("未接触、滑动、压缩")形式下的刚度公式并解释载荷作用下刚度曲线不同阶段的特性。基于金属橡胶的非线性对阻尼进行计算,通过试验研究金属橡胶构件的密度、厚度对静态刚度曲线不同阶段的影响,及在不同振幅、频率下比阻尼随密度和厚度的变化规律,为金属橡胶的设计及工程应用有重要的指导意义。     

考虑轧制界面粗糙形貌的轧机辊系非线性振动特性研究

轧制界面的粗糙形貌可导致界面行为的根本变化,极大地影响着轧机辊系的动力学响应行为。考虑轧制界面粗糙形貌的影响,建立了轧机辊系系统的非线性垂直振动动力学模型,计算了具有不同粗糙形貌轧制界面的轧机辊系系统非线性刚度特性和固有频率特性,并与采用Duffing振子描述界面刚度的传统轧机模型进行了对比。采用多尺度法求解了考虑界面粗糙形貌影响的轧机系统主共振幅频特性方程,并推导了系统受迫振动响应的跳跃频率和跳跃幅值表达式,分析了轧制界面粗糙形貌、激励载荷、非线性刚度率和阻尼对轧机辊系系统动力学响应特性的影响,为抑制轧机振动提供有效的理论参考。     

《薄壁Timoshenko梁弯扭耦合振动的动态有限元法》

通过直接求解单对称均匀薄壁Timoshenko梁单元弯扭耦合振动的运动微分方程,推导了其精确的动态刚度矩阵。在本文研究中考虑了弯扭耦合、翘曲刚度、转动惯量和剪切变形的影响。针对某弯扭耦合的薄壁梁算例,应用本文推导的动态刚度矩阵,采用自动Muller法和结合频率扫描法的二分法求解频率特征方程,计算了该薄壁梁的固有特性,并讨论了翘曲刚度、剪切变形和转动惯量对该弯扭耦合薄壁梁的固有频率和模态形状的影响。数值结果验证了本文方法的精确性和有效性,并指出随着模态阶次的增加,剪切变形、转动惯量和翘曲刚度对薄壁梁的固有特性的影响更加显著。     

基于薄层单元的螺栓连接结构接触面不确定性参数识别

提出了一种螺栓连接接触面不确定性参数识别方法,首先采用薄层单元对接触面进行参数化,然后根据不确定性识别方法识别薄层单元参数。以四螺栓搭接结构试验模型为研究对象,开展接触面不确定性参数识别方法仿真研究。采用Monte-Carlo方法构造待识别参数真实值样本,代入基准有限元模型中计算获得具有统计意义的仿真试验数据;采用不确定性参数识别方法预测薄层单元参数均值与标准差,仿真结果表明:该方法能够较为准确的模拟接触面法向和切向接触刚度,并显著提高连接结构的建模效率,建立反映真实结构动态性能统计特征的有限元模型。     

钢悬链线立管振动响应影响因素分析

海洋立管内部一般有高压的油或气通过,这将对立管的振动响应产生较大的影响。首先研究SCR管内流体的流速对结构固有频率的影响,结果表明：立管的固有频率随着管内流体流动速度的增加而降低,应在设计时予以足够重视。另外又分析悬链线立管张力随水深的变化规律,计算考虑变张力的立管固有频率,比较分析弯曲刚度对固有频率的影响。结果表明：弯曲刚度对前10阶频率影响不大。因此,在计算低模态的涡激振动时,可以忽略弯曲刚度的影响。     

双金属复合翅片管振动特性的研究

双金属复合翅片管是一种高效传热元件,容易发生流体诱导振动破坏,对其进行振动模态理论分析具有重要的工程指导意义。针对双金属复合翅片管的结构特征,将其简化为串、并联刚度系统,采用组合截面等效弯曲刚度、等效扭转刚度和等效抗拉压刚度,并结合等效质量和等效转动惯量的方法,对其弯曲、扭转和轴向振动模态进行理论解析。为了验证理论分析方法的准确性,对双金属复合翅片管的振动模态进行了实验测试和有限元分析。研究了翅片几何参数对双金属复合翅片管振动频率的影响规律。结果表明,对于矩形翅片形式的钢铝双金属翅片管,其弯曲、扭转和轴向振动频率均随翅片高度和翅片厚度的增大而减小,随翅片间距的增大而增大。     

单根多楔带附件驱动系统中各带段横向振动固有频率计算方法的研究

将单根多楔带附件驱动系统中相邻两轮之间的带段简化成纵向运动梁,推导了纵向运动带(梁)横向振动固有频率的计算方程。以一典型的三轮(主动轮、从动轮和张紧轮)-带附件驱动系统为例,分别运用轮-(梁)带耦合模型(将带简化为梁)和单根纵向运动梁(带)模型,计算分析了附件驱动系统中各带段的横向振动频率。结果表明,当带的弯曲刚度较小和带速较低时,可以利用单根纵向运动梁(带)模型计算得到带的横向振动固有频率。该文的计算方法和结论,为单根多楔带附件驱动系统中带横向振动固有频率的计算分析提供了分析模型和计算方法。     

Modelling dilation in an idealised asphalt mixture using discrete element modelling

This paper investigates the use of discrete element modelling (DEM) to simulate the behaviour of a highly idealised bituminous mixture under uniaxial and triaxial compressive creep tests. The idealised mixture comprises single-sized spherical (sand-sized) particles mixed with bitumen and was chosen so that the packing characteristics are known (dense random packing) and the behaviour of the mixture will be dominated by the bitumen and complex aggregate interlock effects will be minimised. In this type of approach the effect of the bitumen is represented as shear and normal contact stiffnesses. A numerical sample preparation procedure has been developed to ensure that the final specimen is isotropic and has the correct volumetrics. Elastic contact properties have been used to investigate the effect of the shear and normal contact stiffnesses on bulk material properties. The bulk modulus was found to be linearly dependent on the normal contact stiffness and independent of the shear contact stiffness. Poisson’s ratio was found to be dependent on only the ratio of the shear contact stiffness to the normal contact stiffness. An elastic contact has been assumed for the compressive normal contact stiffness and a viscoelastic contact for shear and tensile normal contact stiffness to represent the contact behaviour in idealised mixture. The idealised mixture is found to dilate when the ratio of compressive to tensile contact stiffness increases as a function of loading time. Uniaxial and triaxial viscoelastic simulations have been performed to investigate the effect of stress ratio on the rate of dilation with shear strain for the sand asphalt. The numerical results have been validated with experimental data.