舰船复合材料轴振动能量传递特性研究

针对舰船复合材料传动轴减振机理尚不清晰的问题,文中构建了某舰船复合材料轴仿真模型,基于功率流法分析了复合材料轴振动能量传递特性,并在此基础上进一步探究了钢法兰-复合材料刚柔耦合界面匹配参数和轴段内复合材料铺层方式对振动能量传递的影响规律。最后通过复合材料传动轴模态试验和振动传递试验验证了仿真模型的准确性。结论如下:刚柔耦合界面对于振动能量抑制有着显著作用,其振动能量的传递随接触面积的增大而降低,而弹性模量比仅影响传动轴固有频率;随着铺层角度的减小及铺层数量的增加,复合材料轴段隔振性能逐渐增加。

基于参数尺度变换的多谐波自适应前馈主动控制方法

螺旋桨脉动力会产生与轴频、叶频及倍频相关的周期激励信号,在频谱中表现为多个低频窄带线谱。此外,激励幅值、频率及相位会随着轴系转速、油膜润滑等条件的变化而产生未知波动,具有显著的时变特征。该文针对船舶动力系统的时变多谐波线谱振动特征,提出了一种基于参数尺度变换的自适应前馈主动控制方法。基于多跨多支承推进轴系动力学模型,进行了多谐波自适应前馈算法仿真验证,实现了对多个未知窄带干扰的有效衰减。考虑通道耦合响应关系,建立了多输入-多输出系统的多通道振动主动控制策略,开展了多通道交叉耦合谐波振动控制效果分析。结果表明,该文所提出的基于参数尺度变换的自适应前馈主动控制方法对多跨多支承推进轴系的时变多线谱振动具有良好的控制效果。

基于CUF理论的旋转轴自由振动特性分析

基于卡雷拉统一定理(Carrera unified formulation,CUF)建立了经典边界条件下旋转轴的动力学分析模型。利用CUF框架,将完整的三维动力学模型简化为具有三维求解精度的一维动力学模型。旋转轴的位移场利用二维泰勒公式和改进傅里叶级数进行构建,边界条件则采用罚函数法进行处理,然后结合能量泛函和Hamilton原理对其振动特性进行求解。通过与有限元结果进行对比,验证了此方法的有效性和正确性。在此基础上,研究了边界罚函数因子、几何参数和旋转速度等参数对旋转轴振动特性的影响。该方法具有高效和高精度等特点,为研究旋转轴的振动特性提供了有效的分析手段。

推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验研究

[目的]针对推进轴系一阶纵向振动控制难题,采用碟簧负刚度动力吸振器进行振动控制并进行试验验证。[方法]建立推进轴系纵向振动负刚度动力吸振器试验台架,根据所需控制的轴系一阶纵振模态,设计并研制负刚度动力吸振推力轴承,然后开展不同转速、不同静推力、不同负刚度下的振动传递试验,从而获得推力轴承基座和轴系上的振动加速度响应数据。[结果]结果显示,所研制的负刚度动力吸振推力轴承能以1.6%的吸振器质量使轴承座上一阶纵振轴系的振动响应下降7.8 dB;在轴系固有频率变化5%、静推力变化40%的情况下,负刚度动力吸振器仍能保证3.3 dB的控制效果;在非最优负刚度下,不会恶化轴系和轴承座的振动响应。[结论]研究表明负刚度动力吸振可有效抑制不同转速下轴系一阶纵振处的振动传递。

泵喷推进器间隙流动控制技术试验研究

[目的]旨在抑制转子叶梢间隙流动,解决其给泵喷推进器水动力性能和非定常激振力带来的问题。[方法]以某型前置定子式泵喷推进器为对象,采用环状柔性密封结构与转子端环配合的方法,研究其抑制转子叶梢的间隙流动的有效性。通过保持导管结构近似刚性固定,测得推进器转子的推力和扭矩,给出转子的敞水效率,在高功率频闪仪的辅助下,观察记录各设计工况下的空化初生点,计算绘制出推进器的空化初生特性曲线。针对有/无间隙的推进器模型,在空化/非空化状态下通过试验测得转子轴的振动加速度,以此评估间隙消除对轴系振动的影响。[结果]结果显示:带有柔性密封结构的泵喷推进器,其转子的推力和扭矩显著提升,也使得转子敞水效率在中低进速系数下得到显著提升,且在设计点附近基本保持不变,在较高进速系数下略有下降;在设计点附近一段很宽的进速系数(0.85<J<1.40)下,无间隙泵喷推进器的空化性能更优;与有间隙泵喷推进器相比,装有无间隙泵喷推进器的轴系,其轴向振动加速度幅值在大多数特征频率处都显著降低。[结论]研究结果表明,采用柔性密封结构来抑制叶顶间隙流动,对于提高中低进速系数下的转子敞水效率、优化设计点处的空化性能以及抑制推进器的轴系振动等具有积极作用。

以国家重大需求为引导的课程思政建设——以“机械振动学”课程为例

专业课教学是课程思政建设的主战场。结合机械振动学在国之重器研制过程中“从有到好”发挥的作用及上海交通大学高年级本科学生的培养要求,以国家重大工程战略需求为引导,从“晓背景、知差距、习案例、探前沿、学先贤”等五个方面构建了贯穿全课程知识点的两个思政案例群,使专业课与思政课同向而行,在提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力的同时,激发学生科技报国的家国情怀和专业热情,引导学生投身装备研制、振动学科前沿领域研究。

新工科背景下“振动学”大纲和国内教材的调研与分析

对部分工科大学“振动学”课程的教学大纲和国内教材情况进行了调研,开展对比分析。教学大纲从教学内容、教学方式、教材选用以及考核方式等方面进行了总结。国内教材从架构体系、特色内容、工程案例、文献和习题的层次性、内容的广度和深度、跨学科和跨行业程度等方面进行了总结。结合我国现阶段新工科环境下的现状开展了教学大纲和教材的发展趋势分析。结果可以为我国各工科院校制定教学大纲、编写教材、选用教材和参考书提供一定的参考。

泵喷定子襟翼作动对转子非定常力抑制方法数值研究

[目的]转子非定常力是泵喷推进器轴系振动的主要激励源,其产生机理和抑制机理受转−定子干扰流动的影响,需研究其抑制方法。[方法]在泵喷推进器定子后缘引入襟翼结构,利用襟翼作动产生二次流动,改变转子入流条件,调控转−定子干扰流动,达到抑制转子非定常力的目的。以具有前置定子襟翼的Suboff全附体艇后泵喷推进器为研究对象,采用基于SST k–ω湍流模型的URANS方法和动网格技术建立可实现定子襟翼作动的数值模型。针对转子非定常力转子叶频分量的抑制,给出定子襟翼作动规律的表达式。[结果]结果显示,在襟翼作动最优控制下,泵喷的水动力性能变化不超过1%,转子轴向非定常力在转子叶频处下降了83.35%,单个转子叶片轴向非定常力在转子叶频处降低了81.80%;襟翼作动对定子尾迹与转子入流速度的调控是抑制转子非定常力的机理。[结论]研究表明,最优控制下的定子襟翼作动能够在保持水动力性能的同时使转子非定常力特征线谱得到显著抑制,可为泵喷推进器的叶频等线谱控制提供一种新的思路。

弹性桨-轴系统建模与计算方法研究

弹性桨-轴与流体产生的双向流固耦合效应,显著改变了推进系统振动性能。现有研究分别针对桨叶和转轴弹性采用分离模型进行,即:流体-弹性桨与流体-刚体桨-弹性轴模型。而在实际工况中,转轴由于发生振动,使弹性桨入流条件与忽略轴系振动时的差异很大;另一方面,现有分离模型在预报时,是基于流体在桨叶振动平衡位置处界面力学关系开展的,未能真实反映流体在振动桨叶物理表面行为特征,难以满足桨-轴系统振动特性准确预报的现实需求。该研究拟针对流体-弹性桨-轴复杂系统双向流固耦合问题,基于精确的振动桨叶表面流体界面力学关系,建立弹性桨-轴双向流固耦合一体化模型并发展一套高效高精度稳定数值算法。结果表明,船舶研究者需建立流体-弹性桨-轴一体化模型,以重新评估附加质量/阻尼及轴承处激励力。建立的模型与算法和得到的结果可为低速水下航行器声振性能设计和评价提供理论和技术支持。

篦齿封严冲击动力学建模与参数影响研究

在冲击载荷作用下,燃气轮机篦齿封严装置可能会与高速旋转的转子发生碰摩。为了揭示在不同冲击载荷和篦齿封严装置结构参数条件下,冲击输入对篦齿封严装置刚度和转子冲击动力学特性的影响机制,本文开展篦齿封严装置冲击动力学建模与参数影响规律研究。从封严环接触模型出发,将欧拉梁理论应用于单圆盘转子-封严装置碰摩模型,计算了封严环篦齿厚度、高度和初始间隙对接触刚度的影响,得到了转子的时域响应和轴心轨迹以及冲击响应的参数影响规律,为篦齿封严装置在冲击接触下的动力学特性研究提供了理论建模和分析方法参考。

运用神经网络识别复合材料板刚度

提出了一种复合材料刚度识别的新方法。通过一个反向传播神经网络 ,利用正交各向异性板的动态特性(固有频率 )识别复合材料板刚度。

浮筏系统频率响应灵敏度分析

本文介绍了一种频率响应函数灵敏度分析计算的新方法。该方法运用模态叠加法，在第一次频率响应计算的基础上，再次运用模态叠加法，第二次计算频率响应，求得系统在所要求的激励点和响应点之间的频率响应函数对给定参数的灵敏度。其中，参数可以是属于某个有限单元的某个参数，也可以是属于一组单元或整个模型的某个参数，为以响应为目标的浮筏系统优化和振动控制提供了基础。

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究

针对具体实物模型 ,采用微振子模型描述粘弹性材料的剪切模量随频率变化的特性 ,采用有限元方法进行分析 ,提出了一种全新的降阶方法 ,使得最后的降阶模型不仅维数远小于初始有限元模型 ,而且可观、可控 ,能直接用于控制器设计。采用模态实验验证有限元模型 ,在此基础上 ,设计出合适的控制器 ,进行实时控制实验研究 ,结果表明 。

船舶艉部激励耦合振动噪声机理研究进展与展望

[目的]船舶减振技术经过几十年的发展,降低艉部激励引起的桨—轴—船体振动辐射噪声成为我国现阶段船舶声隐身的紧迫任务。[方法]针对船舶艉部激励耦合振动噪声问题,从船舶螺旋桨激励力特性、桨—轴—船体耦合振动噪声特性及其控制方法 3个方面对当前研究进展与发展趋势进行综述,[结果]得到了船舶艉部激励与桨—轴—船体系统振动噪声的映射关系,并提出了针对低频振动噪声的控制方法。[结论]在此基础上对在螺旋桨非定常力测试、艉轴承摩擦诱导振动机理和桨—轴系统横向振动控制等方面提出进一步开展研究的建议。

有限元模型修正中的BAYES方法的几点讨论

ＢＡＹＥＳ方法是有限元模型动力修正中常用的方法。本文从不同的途径推导了该统计估算公式，并讨论了它的有效性、无偏性、学习能力、自适应性和鲁棒性，以及和最小二乘法、卡尔门滤波器等算法的一些不同之处。该方法可以作为一个多目标、多设计变量的优化方法。

模糊数学在有限元模型修正中的应用

有限元模型修正的目标是使计算得到的结构动力特性和实验结果相接近，其解往往不是唯一的，这是一个模糊的因具体问题而异的目标。修正过程中设计变量的选取，约束条件等在很大程度上也是模糊的。本文将模糊数学运用于基于灵敏度分析的有限元模型修正中，利用具有学习能力的算法，使有限元模型修正能合理地解决实际工程问题。

有限元模型动力修正中的不同优化方法之比较

本文将介绍在试验和分析相结合方法中，即用迭代的算法使数值或分析计算结果逐渐地逼近实验结果以修正数值模型的方法中所用到的主要估算或优化算法，重点放在它们的哲学思想上。不同的哲学可能导致一种确定性的优化算法，也可能导致一种统计估算方法，或者是二者的混合算法，各种算法的推导，应用，局限性，以及它们之间的内在关系都在本文中作了论述。

粘性阻尼系统频响函数计算方法

基于复模态理论和幂级数展开原理，导出了一种求解粘性阻尼系统频响函数的模态加速方法。与常规的模态展开法相比，该方法可大大减少模态截断误差。根据外激励频率所处于的系统频段，该方法可对系统的中-高、低-高阶模态实施截断和加速。通过对一数值实例计算表明，上面提出的方法很有效，通常只需计入幂级数前少数几项即可使频响函数达到很高的精度。

模态分析和有限元分析相结合识别材料结构刚度

本文论述了利用模态分析和有限元分析相结合来识别复合材料板的刚度系数的方法。该方法取决于（１）正确的有限元模型；（２）可靠的实验模态分析数据和正确的相关准则；（３）快速而又稳妥的估算方法。