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。     

某型发动机涡轮盘整体振动模态的有限元分析

对某型航空发动机的第一级高压涡轮盘和叶片进行了振动模态有限元分析.分别对完全自由和在螺栓安装孔处进行全约束后两种状态进行振动模态计算,并且对计算结果和振型进行了分析,同时参照发动机的工作转速进行判断分析,得出结论在发动机的工作转速内,该级涡轮盘具有足够的振动频率安全裕度,不会出现共振现象.     

航空发动机离心叶轮高阶模态振动故障研究

研究某航空发动机离心叶轮叶片高周疲劳断裂掉块故障。采用有限元计算分析,确定叶轮激振频率范围内的振动模态及应力分布,选取了对叶片各阶振动模态具有足够敏感性的位置安装应变计。叶片动应力测试获得了叶片大应力振动对应的叶轮共振频率、共振转速及激振源。利用计算和试验获得的数据进行叶片高周疲劳强度分析,提出排故措施并验证。研究结果表明:叶片断裂掉块故障原因是叶轮的高阶模态共振在叶片故障部位形成大应力,超过了其许用应力水平,提出的排故措施有效。发动机研制过程中应通过计算分析和动应力测试充分研究构件在激振频率范围内的各阶振动。     

薄膜振动附加质量试验研究

附加质量对于膜结构振动特性有明显影响,在其振动分析中不能忽略.利用真空箱测试薄膜在不同密度空气中的振动特性,研究了薄膜振动的附加质量影响因素和规律.真空箱采用钢板和钢化玻璃制作,利用真空泵调节真空箱内的气压可以改变箱内的空气密度.对比薄膜在不同密度空气中的振动频率,可以计算其附加质量.试验结果表明,薄膜自振频率随气体密度减小而增大,附加质量效应十分明显,且与模态振型相关.基于试验分析提出了附加质量分布的简化模型,即对于每阶模态,薄膜振动的附加质量分布相当于振型各区域上均匀分布有0.65倍该振型区域特征长度的空气,而振型区域特征长度,取该区域内切圆直径.利用该简化模型分析薄膜得到的振动频率与本文及已有试验结果符合良好,证明了该简化模型的有效性.     

车削过程中工件模态时变特性的数值模拟

建立车削工件的力学模型及其弯曲振动的时变微分方程,指出车削过程中工件的自振频率及振型具有时变特性。利用ABAQUS软件对车削工件进行了有预应力的模态分析,得到了工件在不同车削长度时各阶模态的自振频率及振型。计算表明随着车削长度的增加,工件的一阶自振频率先增大后减少,一阶自振频率-车削长度曲线呈近似的抛物线分布。     

基于Campbell理论的航空发动机涡轮叶片共振裕度分析

针对航空发动机涡轮叶片的共振特性会导致叶片发生疲劳断裂、振动失效等问题,本文以某型号航空发动机涡轮叶片为研究对象,开展共振裕度分析研究。首先基于试验自锤击法和有限元物理仿真计算两种方法同步分析叶片的振动特性,通过提取叶片在两种工作状态下前6阶的模态分析结果,验证了该模型的正确性与实用性。其次在已有模型基础上,通过绘制不同工作转速下的Campbell共振曲线图,结合该型号发动机的实际工况参数,进行了转速共振裕度的校核分析,对叶片上可能发生共振的工作转速进行了解析并提出优化及改进方案。本方法主要是为叶片的前期设计制造及共振安全性检验问题提供了充足的科学依据和方法。     

某航空发动机整体叶盘耦合振动特性分析

通过建立某航空发动机整体叶盘的三维实体模型,对整体叶盘结构的耦合振动特性进行了固有模态特性分析。根据有限元软件ANSYS的计算结果,绘制了叶片共振转速Campbell图,分析了整体叶盘结构模态振动的基本特性,得到了整体叶盘节径-频率图,分析的结果为进一步研究整体叶盘的结构设计优化和避免共振提供了依据。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

典型损伤对复合材料机翼振动特性的影响

利用大型商用软件MSC.Patran建立了某型无人机复合材料机翼的有限元模型。在机翼中分别模拟了蒙皮分层、蒙皮与翼梁翼肋脱粘以及翼梁裂纹这3种典型损伤,通过与无损伤复合材料机翼固有振动频率进行比较,分析了损伤位置和大小对机翼振动特性的影响。结果表明:3种典型损伤一般不会引起机翼各阶振动模态的改变,但会使各阶振动频率发生变化;对各阶振动频率的影响既与损伤位置有关,也与主承力结构的损伤程度有关;蒙皮分层和翼梁裂纹出现在机翼根部时对机翼振动频率的影响最明显。     

基于摄动法的多条裂纹欧拉梁特征模态分析

基于摄动理论推导了带多条开口裂纹的欧拉梁的特征模态参数的理论计算公式。采用最直接的方式将梁开口裂纹模拟成梁微段内的横截面折减并用δ函数表达了带开口裂纹的梁沿轴线的截面惯矩和线质量等物理参数。基于此,建立了裂纹梁动力微分方程,并采用一阶摄动理论推导得到了梁的模态频率和振型计算公式。简支梁及悬臂梁算例研究表明,该方法具有很好的精度,与有限元模拟结果及实验结果都能很好地吻合。并采用此方法分析了裂纹深度和位置对带多条开口裂纹梁的特征模态参数的影响。结果表明,裂纹对各阶模态频率虽然影响有限,但其引起的各阶频率变化有着明显的模式,可用于结构损伤定位;裂纹对模态振型影响不明显,但对模态曲率影响比较大,可用于结构损伤位置和程度的诊断。     

裂纹对齿轮副模态频率的影响

由于加工制造或者工作环境的影响,齿轮表面不可避免会萌生疲劳裂纹,而且不同位置的疲劳裂纹对齿轮副模态频率的影响机制不同。针对齿轮传动副裂纹故障诊断问题,旨在探究疲劳裂纹参数对齿轮副模态频率的影响。首先,考虑疲劳裂纹对齿轮副啮合刚度的作用,建立含裂纹齿轮副的模态频率方程。然后,基于ABAQUS仿真平台建立含齿根圆裂纹和含分度圆裂纹的齿轮副有限元模型。在此基础上,探讨裂纹深度和位置对齿轮副模态频率的影响。结果表明:改变裂纹深度和位置,不仅影响齿轮副模态频率的大小,而且影响齿轮副模态频率的变化趋势。研究结论可为齿轮副裂纹故障诊断提供支撑。     

汽车发动机悬置系统的严格解耦与优化设计研究

目前汽车发动机动力总成悬置系统设计的主要任务是选择悬置元件的刚度、位置和角度,使悬置系统自由振动模态频率避开发动机怠速激励力频率与车身自振频率,并尽量提高各模态振型的解耦程度,从而提高悬置系统隔振效果。悬置系统按预定频率严格解耦设计是使设计出的悬置系统模态频率完全等于按汽车设计频率规划预定的频率,并使各模态的振型严格解耦,即各向振动能量的解耦度等于1。该文从悬置系统的自由振动方程出发给出了对悬置系统按预定频率严格解耦设计的方程组,利用广义逆矩阵的理论讨论该方程组解的性质,并用广义逆矩阵的方法给出该方程组的求解方法,从而提供比当前的悬置系统模态优化设计更为简便高效的优化设计方法。相应的算例验证了该文提出的按预定频率严格解耦设计方程和求解方法的正确性。     

基于模态参数的海洋平台损伤检测

将基于不同模态特性参錾的损伤检测方法应用于海洋平台，研究适用于海洋平台裂纹损伤的模态参数检测方法。通过对海洋平台进行结构模态分析，针对在平台不同位置有损伤和在同一位置有不同程度损伤的情况，利用有限元法计算了平台结构的前十阶固有频率与振型，研究不同的结掏模态特性参数对损伤、损伤位置和损伤程度的敏感性，并分析了利用顶部构件的局部振型对平台底部的裂纹损伤进行损伤俭测的可行性，为平台的现场检测提供有价值的参考。     

基于刚柔耦合的重型汽车前组合灯振动控制

为解决某重型汽车前组合灯在发动机怠速时振幅过大的实际问题,建立前组合灯支架的有限元模型,通过模态分析发现其1阶振型与实车振型相似,1阶模态频率与发动机怠速时的激励频率相近。建立振动系统的刚柔耦合动力学模型,仿真结果验证在发动机怠速时的激励频率输入下振动系统在开始阶段发生近似拍振现象,而且1阶模态参与因子在系统振动中的贡献率最大。根据模态分析理论设计前组合灯辅助支架,使系统基频避开发动机怠速和常用转速时的激振频率,经过再次仿真分析和实车试验验证,系统振幅控制在合理的范围内。     

基于多频简谐调制的风力机叶片裂纹检测研究

多频简谐激励调制是一种无损检测方法,采用低频振动信号和高频超声波信号在裂纹损伤处的非线性调制来检测损伤。以1 k W风力机叶片为实验对象,研究了多频简谐激励调制下,叶片裂纹位置和长度对结构非线性动力学响应特性的影响规律。研究结果发现,含裂纹损伤的风机叶片会出现明显的非线性调制现象,且随着裂纹长度的增加、以及裂纹位置距叶根越远,非线性调制现象明显增强。实验验证了该方法用于风机叶片早期裂纹损伤检测的可行性。     

二维矩形月池内流体自振特性研究

研究二维矩形月池流体的自振特性。基于线性势流理论,采用Galerkin展开,将问题转化为月池自振频率特征值问题,求解自振频率及速度势函数的系数矩阵,获得二维矩形月池固有频率及振型的半解析解,分析月池几何参数对月池流体自振特性影响。研究表明,由于内部与外流连通,月池流体呈垂向活塞(piston)振动及晃荡(sloshing)运动两种形式。垂向活塞振动模态频率变化主要受液面高度影响,且随液面高度增加而减小;晃荡模态频率主要受月池宽度影响,随月池宽度增加而减小。活塞振动模态振型在液面较浅时出现波峰,随液面高度增加而消失。利用CFD方法计算月池运动,结果与半解析解中振型曲线拟合良好。     

含裂纹梁的动力响应

本文提出了一种计算含裂纹梁动力响应的有限元方法.采用时域方法辨识出模态参数,所得固有频率随裂纹长度和位置的变化值与实验结果吻合较好.计算了裂纹闭合而引起的结构响应变化,指出:外激励均值对固有频率影响较显著.最后,给出了判断裂纹位置的方法:用一阶振型和固有频率的差异确定;由不同测点频响函数变化来估计.     

吊挂刚度对车体和设备模态的影响

模态是车辆的一项重要特性,包括车体模态和吊挂设备模态,各阶模态频率随着各种因素的变化而有所不同。为考虑车体弹性模态,将车体等效为欧拉伯努利梁。在某型高速列车有限元模型基础上,基于ANSYS 仿真软件,分别改变吊挂纵向,横向,垂向刚度,研究车体弹性模态和吊挂设备刚体模态频率及振型MAC的变化,给出模态频率和振型的变化规律,为模态试验和工程计算提供参考依据。     

基于非接触转子振动测试的转子行波分析

在非接触转子振动测试系统中,以离散化傅里叶变换为理论基础,建立了对航空发动机整级转子叶片振动频率的分析方法,得到整级转子叶片在静坐标系下的振动频率,结合相同试验条件下应变计对转子叶片动态频率的测试结果,实现了航空发动机转子的行波振动分析。在某压气机试验中,整级转子叶片在转速12 343 r/min时,静坐标系下的振动频率为1 752.7 Hz,转子坐标系下的振动频率为926.4 Hz,通过对测试结果的分析,得到了压气机转子的4节径前行波振动特性,结合压气机转子振动的坎贝尔图得到频率裕度和转速裕度。     

《微动隔振平台参数摄动对模态参数的影响》

针对六自由度微动隔振平台参数模型的辨识问题,分析了六自由度隔振平台的模态参数辨识方法,并基于参数摄动重分析方法,仿真分析了微动隔振平台理论模型中参数的摄动引起的模态参数的改变,以及在模态实验中对模态参数辨识精度的影响。仿真分析表明：同向支撑刚度不等使得部分原本不耦合的模态之间产生了弱耦合作用,使得系统模态频率和振型均有不同程度的变化;垂向重心位置摄动对平台模态频率的影响较大;支撑刚度及垂向重心位置偏差对模态频率的辨识影响较小,而对模态振型的辨识精度有较明显影响。