超速压气机的残余变形分析

叶轮超速工艺是压气机叶轮制造中的一种重要方法.以某柴油机涡轮增压器的压气机为例,采用有限元参数二次规划法结合多重子结构技术分析模拟超速预加载制造时压气机的残余变形.针对不同的超速转速进行了大量计算,获得了超速转速与压气机的残余应变和残余应力之间的关系,为压气机设计及加工工艺的提供了参考依据.     

离心通风机叶轮应力与振动分析

针对离心通风机叶轮实际工作中存在断裂现象,采用了有限元理论对通风机叶轮进行了应力与振动分析。首先将建立的通风机叶轮模型在ANSYS Workbench中进行静力学分析,得到叶轮的应力应变分布情况,根据应力分析结果校核其强度是否满足要求。然后进行振动模态分析,得到叶轮前6阶固有频率和振型;把前6阶固有频率换算为对应的转速并和叶轮的实际转速相比,使叶轮的运转速度远离临界速度,避免叶轮因共振对通风机结构的破坏。     

涡轮增压器叶片振动分析

为了控制某种型号涡轮增压器的压气机进气口存在的振动及噪声等问题，先通过三维坐标仪进行测量，然后用CAD软件进行三维建模，并利用有限元软件对涡轮和叶轮大小叶片进行了模态分析，得到了叶片的各阶固有频率以及相应振型。对比增压器的工作转速和叶轮与涡轮叶片旋转通过频率，找出了叶片共振的频率，从而为有效地控制压气机进气口振动及噪声大等问题提供了理论依据。     

复合材料离心叶轮应力和振动有限元计算与分析

采用有限元方法,首先对钢制离心叶轮工作时在离心力作用下的应力进行了计算和分析。在此基础上,对复合材料离心叶轮在离心力载荷条件下的最大应力和固有频率进行了计算评估。预测纤维复合材料层压结构极限强度对叶轮安全设计和轻量化设计是至关重要的,失效判定采用Tsai-Wu失效准则,为避免因共振使叶轮设计寿命明显降低,计算了叶轮的固有频率和模态振型以分析其动态特性。结果表明,复合材料碳纤维/环氧树脂可承受叶轮线速度在605m/s运行时的应力,在风机启停工作转速范围内没有共振转速相匹配。本文研究结果为纤维增强复合材料风机叶轮的设计及应用奠定了基础。     

压气机叶轮-轴套-轴摩擦接触的有限元分析

以某柴油机涡轮增压器的压气机为例，基于多重子结构技术，建立了增压器压气机叶轮、轴套和轴的三维整体有摩擦弹性接触的计算模型，采用有限元参数二次规划法，对其进行有限元分析。针对不同的过盈量、摩擦因数、轴套壁厚和转速进行计算，获得了叶轮、轴套与轴之间接触应力的分布规律。分析表明，随着叶轮与轴套间过盈量的增大，轴套的外表面与内表面的接触应力是线性增大的，而且内表面的接触应力增加较为迅速，这对于确定合理过盈量和改进设计具有参考意义。     

发动机排气歧管模态分析

振动疲劳能够引起排气歧管的失效,发动机和车身的激励频率与排气歧管的固有频率相近,会产生共振,这种共振会增大排气歧管的振动幅度,导致其加速断裂破坏;模态分析作为研究结构振动特性的常用手段,其分析的核心内容就是确定固有频率、阻尼比及振型等模态参数;本文针对排气歧管进行模态分析的目的是为了获得排气歧管的固有频率,进而能够确定引起疲劳破坏的最大激励频率,避免发动机排气歧管共振情况的发生。     

基于LMS Virtual.Lab的多级离心泵数值模态分析

选取一典型的多级离心泵,采用LMS Virtual.Lab软件进行数值模态分析,基于分块Lanczos法提取多级离心泵叶轮和壳体的固有频率及振型。结果表明:叶轮结构可以有效地避免共振现象。但是壳体的1阶固有频率与激励频率相近,且其第4阶固有频率及第7阶固有频率分别与二次及三次谐波频率相近,这可能会导致共振现象的发生。该多级离心泵壳体的主要振动方式是弯曲变形,进出口处以及出口端盖处变形较大,所以在设计时应该考虑增强这几个部分的刚度以优化其振动特性。     

压气机中叶片与叶盘耦合系统振动特性研究

基于有限元方法建立某型航空发动机压气机叶片模型,通过模态仿真获得了该叶片在榫头固支约束下的动力学特性,研究了离心力对叶片振动的影响,并通过模态试验对计算模型和仿真数据进行验证;利用循环对称法对建立的叶片轮盘有限元模型进行振动分析,获得叶轮耦合系统在不同工作转速下的振型和频率,并与单个固支叶片进行比较,结果表明,相同阶次下叶片耦合系统的自振频率较低;通过Campbell图分析得出了叶片耦合系统可能发生共振的频率及相应的转子转速,为其故障诊断、可靠性分析以及寿命估算提供了参考依据。     

二齿差平面钢球活齿传动的模态分析

二齿差平面钢球活齿传动是一种新型活齿传动。通过Pro/E软件建立了二齿差平面钢球活齿传动系统三维实体模型,在考虑动态激励的情况下,利用ANSYS Workbench软件对二齿差平面钢球活齿传动进行了有限元模态分析。通过ANSYS Workbench有限元协同仿真环境求解出了对系统振动影响较大的各低阶振型及其固有频率。将激励频率与固有频率进行对比,对系统发生共振的可能性进行了考察。对各低阶振型的主要影响因素进行研究,对一种适用于设计阶段的避免机械系统共振的方法进行了探讨。结果表明,结合模态分析与激励分析,通过对系统相关区域的结构或参数进行调整,可以使某阶振型的固有频率发生定向改变,从而避免共振的发生。     

环板式针摆行星传动输入轴系振动特性的研究

采用有限元和传递矩阵两种方法对环板式针摆行星传动轴系的振动特性进行了分析.利用ANSYS软件建立了环板式针摆行星传动输入轴系动力学分析模型.分析计算了输入轴系的固有频率和振型.通过传递矩阵法计算了输入轴系的固有频率.传递矩阵数值计算结果与有限元分析结果基本吻合,说明输入轴系固有频率的计算值是基本正确的.电机的额定转速要避开输入轴系的低阶固有频率值,以免发生共振,固有频率分析为动态特性分析奠定了基础.     

离心压缩机动静干涉信号特征识别方法

离心式压缩机由于内部静、动叶片排的相对运动,气流在压缩机内部流动时会产生动静干涉,从而会产生不定常气流激振力和高振幅压力脉动。这种非定常动静干涉对压缩机的稳定正常运行和实际工作效率有着重要的影响。为了有效研究动静干涉的信号特征,首先,对某模型级压缩机试验台离心叶轮进行运行模态仿真计算从而得到叶轮干涉图;其次,确定进口导叶(inlet guide vanes,简称IGV)和出口扩压器(outlet guide vanes,简称OGV)对叶轮存在干涉的转速;最后,在确定的试验转速工况下进行应变测试和压力脉动测试。通过分析对比,验证了仿真转速工况下干涉特征频率的存在,也证实了应变信号更适用于识别干涉信号特征。通过总结干涉较严重的转速工况干涉特征频率与叶轮固有频率的关系,为离心压缩机进一步改进设计奠定了基础。     

离心压缩机叶轮冲蚀磨损的动力特性研究

为研究固粒冲蚀磨损对离心压缩机叶轮动力学特性和结构强度的影响,建立磨损损伤的叶轮的三维模型,并采用有限元方法,对有无离心预应力状态下原始叶轮和损伤叶轮的固有频率和振型进行提取,对叶轮共振特性进行研究,对因材料流失而造成的叶片强度、刚度变化进行了分析。研究结果表明:因冲蚀磨损引起的叶片局部减薄对叶轮整体振动特性影响不明显;叶轮在工作转速下其第6,7阶共振裕度较小;冲蚀磨损损伤的叶片存在应力集中和刚度降低的现象。     

大型工艺往复压缩机系统振动分析

对大型工艺往复式压缩机系统出现振动异常现象的原因进行分析,计算了不平衡力/力矩,在扰力矩计算的基础上对压缩机基础振动状况进行了分析;建立了压缩机-驱动电机轴系模型并进行了有限元模态分析,得到了轴系振动前六阶振型与相应频率;建立了气流脉动与管道系统振动分析的有限元模型,进行了有限元分析计算,得到了管路系统的固有频率和相关研究节点的振幅。分析计算结果表明：由扰力矩引起的机身振动在允许范围内;管路系统的流固耦合振动是导致压缩机系统发生振动故障的主要原因。通过调整压缩机运行转速,改变了激振力频率;提出了管路系统优化方案,优化后的管路系统的固有频率显著提高,能有效避开激振力频率,明显降低管路系统的振幅,其最大振幅降至165μm,满足API618标准要求。     

Method for evaluating the reliability of compressor impeller of turbocharger for vehicle application in plateau area

As turbocharging diesel engines for vehicle application are applied in plateau area, the environmental adaptability of engines has drawn more attention. For the environmental adaptability problem of turbocharging diesel engines for vehicle application, the present studies almost focus on the optimization of performance match between turbocharger and engine, and the reliability problem of turbocharger is almost ignored. The reliability problem of compressor impeller of turbocharger for vehicle application when diesel engines operate in plateau area is studied. Firstly, the rule that the rotational speed of turbocharger changes with the altitude height is presented, and the potential failure modes of compressor impeller are analyzed. Then, the failure behavior models of compressor impeller are built, and the reliability models of compressor impeller operating in plateau area are developed. Finally, the rule that the reliability of compressor impeller changes with the altitude height is studied, the measurements for improving the reliability of the compressor impellers of turbocharger operating in plateau area are given. The results indicate that when the operating speed of diesel engine is certain, the rotational speed of turbocharger increases with the increase of altitude height, and the failure risk of compressor impeller with the failure modes of hub fatigue and blade resonance increases. The reliability of compressor impeller decreases with the increase of altitude height, and it also decreases as the increase of number of the mission profile cycle of engine. The method proposed can not only be used to evaluating the reliability of compressor impeller when diesel engines operate in plateau area but also be applied to direct the structural optimization of compressor impeller.     

基于有限元方法的桥式切石机横梁模态分析

横梁是桥式切石机的主要零件,在工作过程中,受到自身重力、切割部件重力,以及切割驱动电机和切割刀片切割产生的振动影响.利用UGNX软件建立桥式切石机横梁实体模型,并利用有限元分析软件ANSYS进行模态分析,得到横梁的前六阶的固有频率和振型.对振型和固有频率进行了分析,得出横梁的变形以弯曲摆动为主的结论,其中四阶振型时横梁针扭摆动且变形量最大.横梁的六阶频率分布在57.617～208.65Hz范围内.对避免共振提出了合理选择电动机的转速、切割刀片齿数等建议.     

叶片梯度角对压气机叶轮固有频率的影响规律

增压器叶轮固有频率分布对其可靠性寿命起至关重要的作用.为获取压气机叶轮几何尺寸对叶轮固有频率的影响规律,提出了与叶片厚度和叶片悬臂长度相关的叶片梯度角概念,采用Con-cepts NREC软件进行叶轮系列化设计,结合ANSYS有限元分析软件进行叶轮固有频率及强度模拟计算,并通过叶轮模态测试系统进行了8个代表性尺寸的铣削...     

磁悬浮压缩机顶隙调压模型与实验

风压紊乱是造成压缩机旋转失速、喘振等故障的直接原因,磁悬浮压缩机具有主动控制磁悬浮转子轴向位移对风压进行调控的优势。通过建立主动磁轴承轴向控制的动力学方程,首先,分析了磁悬浮转子稳定悬浮及轴向位移调整原理;其次,采用对磁悬浮压缩机风压性能有决定性影响的转速、叶轮高度、叶轮顶端间隙等参数,建立了磁悬浮压缩机叶轮顶隙与蜗壳出口风压之间关系的数学模型;最后,以30kW磁悬浮压缩机为实验对象,在叶轮顶隙分别改变0.1mm及0.2mm时,对出口风压及流量进行采集与分析。实验结果表明,磁悬浮压缩机蜗壳出口风压在数值上与所建数学模型的解算值契合度较高,并且叶轮顶隙对其有显著影响。针对压缩机不同故障状态,可依据数学模型选择不同叶轮顶隙进行调节。     

基于SolidWorks的鼓风机叶轮有限元分析

现采用SolidWorks软件对某鼓风机叶轮建立三维模型,并利用SimulationXpress模块直接对叶轮零件进行有限元分析,求出在工作转速下叶轮的应力、变形情况,以及考虑刚化效应对叶轮模态振型的影响,求得叶轮的各阶固有频率和振型,并计算出各阶的临界转速.其分析结果有利于叶轮的结构优化设计与性能改进.     

增压器压气机三维弹塑性接触的研究

以某柴油机涡轮增压器的压气机为例,采用由参变量变分原理导出的有限元参数二次规划法,并结合多重子结构技术分析求解叶轮与轴套、轴套与轴的三维弹塑性接触问题,针对不同的过盈量、转速和轴套壁厚进行了大量计算,获得了叶轮、轴套与轴之间接触应力的相应分布规律。分析表明随着叶轮与轴套间过盈量的减小,轴套的外表面与内表面的接触应力是线性减小的,而且内表面的接触应力减小较为迅速。因而在采用压力组装法时应严格控制轴套与轴的过盈量,使得轴套和轴间有足够的压力保证叶轮、轴套和轴不会相互脱离,又满足结构强度的要求,并使其产生的不良影响减至最小。当转速一定时,叶轮与轴套接触点的法向相对位移与叶轮的质量分布存在着明显的联系。建议采用非均匀的初始过盈量,以保证不发生相对位移和接触应力的均匀性。这些对于确定合理过盈量,改进设计和提高压气机的寿命,具有实际参考意义。     

Time-dependent vibration frequency reliability analysis of blade vibration of compressor wheel of turbocharger for vehicle application

Blade vibration failure is one of the main failure modes of compressor wheel of turbocharger for vehicle application. The existing models for evaluating the reliability of blade vibration of compressor wheel are static, and can not reflect the relationship between the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode and the life parameter. For the blade vibration failure mode of compressor wheel of turbocharger, the reliability evaluation method is studied. Taking a compressor wheel of turbocharger for vehicle application as an example, the blade vibration characteristics and how they change with the operating parameters of turbocharger are analyzed. The failure criterion for blade vibration mode of compressor wheel is built with the Campbell diagram, and taking the effect of the dispersity of blade natural vibration frequency and randomness of turbocharger operating speed into account, time-dependent reliability models of compressor wheel with blade vibration failure mode are derived, which embody the parameters of blade natural vibration frequency, turbocharger operating speed, the blade number of compressor wheel, life index and minimum number of resonance, etc. Finally, the rule governing the reliability and failure rate of compressor wheel and the method for determining the reliable life of compressor with blade vibration is presented. A method is proposed to evaluate the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode time-dependently.