基于奇异值分解的频响函数降噪方法

为了提高外场测试中频响函数的信噪比,提出了一种基于奇异值分解的频响函数降噪方法。该方法首先对脉冲响应函数在相空间内进行重构;然后对重构轨道矩阵进行奇异值分解达到降噪的目的。其中,降噪阶次通过奇异熵增量进行确定。采用GARTEUR飞机模型建立具有密集模态的仿真算例进行验证。结果表明,在噪声干扰较大时,该降噪方法能够显著改善模态参数的识别精度,尤其是阻尼的识别精度。

PolyMAX模态参数识别算法的快速实现

PolyMAX是近几年发展起来的宽频带模态参数识别算法,该方法在抗干扰能力、识别密集模态、以及处理大阻尼复杂结构方面具有非常好的特性。通过避免缩减正则方程计算中的矩阵求逆以及乘法运算,实现了该算法的快速实现。最后采用七自由度仿真算例与航空发动机涡轮盘实测算例进行验证。结果表明:快速实现能够在对识别精度影响很小的情况下显著提高参数识别速度。

CMIF方法中模态参数不确定性的计算

在模态参数识别中,测量噪声的干扰导致识别结果中存在不确定性,这种不确定性可以通过模态参数的统计特性进行描述。以复模态指示函数识别方法为研究对象,利用矩阵的一阶灵敏度分析以及Kronecker代数理论,推导了该识别算法中模态参数方差的计算方法。重点推导了增强频响函数协方差、极点协方差的计算公式。最后通过一个5自由度仿真算例与一个T型结构实测算例对所推导公式进行了验证。

基于SVD-AVMD的液膜密封声发射特征提取

将声发射技术应用于液膜密封端面状态监测时,声发射信号易受噪声影响、特征信号难以提取,为此提出一种基于奇异值分解和自适应变分模态分解(SVD-AVMD)的信号处理方法。该方法首先以奇异值分解消除信号中的随机强噪声影响,获取降噪信号,然后在不同模态数下对降噪信号作变分模态分解,并计算各模态分量与降噪信号之间的显著性水平,以显著性水平大于阈值作为分解的停止准则,最终达到获取最优模态分量的目的。结果表明:SVD-AVMD对各模态分量中心频率的捕捉能力以及对各模态分量的恢复效果均明显优于单纯的变分模态分解,能够滤除背景噪声的同时最大程度地保留有效信息;获得表征液膜密封端面状态的声发射信号,实现了对液膜密封端面状态的识别。

基于空化的液膜密封热流体动态特性分析

通过有限元法对动态雷诺方程和液膜能量方程进行推导求解,建立了考虑流体热效应和空化效应的液膜密封动态特性模型,分析了槽数、槽深、转速以及压力对液膜密封动态特性参数的影响。结果表明:在考虑空化及热黏的条件下,各角向之间的相互影响较弱,耦合角向系数小于正角向及轴向系数;刚度系数的绝对值会随着槽数、槽深、转速和压力的增加而增加;阻尼系数的绝对值会随着转速和压力的增加而增加,随着槽数和槽深的增加而略有减少;槽数、槽深、转速和压力的增加均会使液膜的抗干扰能力增强。

枞树型槽上游泵送机械密封稳态特性数值分析

针对电机轴承密封可靠性差的问题,提出一种适用于电机的枞树型槽上游泵送机械密封。在MATLAB环境下求解液膜稳态雷诺方程,得到枞树型槽上游泵送机械密封端面液膜压力分布,分析端面结构参数如槽深比、螺旋角、槽坝比对密封稳态特性的影响规律,并给出枞树型槽结构参数的设计优选范围。结果表明:该机械密封具有较好的动压效应;随着槽深比的增加,开启力、泵送量和液膜刚度均先增大后迅速减小,摩擦因数则缓慢增大;随着螺旋角的增大,开启力和泵送量逐渐减小,刚度先增大后减小;随着槽坝比的增大,开启力和泵送量增加,摩擦因数增大,刚度先逐渐增大而趋于稳定;槽深比和螺旋角对枞树型槽上游泵送机械密封的稳态特性影响较大,而槽坝比的影响较小;取槽深比1. 0～4. 0、螺旋角15°～25°、槽坝比1. 5～2. 5时,机械密封可获得较大开启力和液膜刚度、较小摩擦因数等较好的综合性能。

声发射在密封监测领域的研究进展

将声发射无损检测技术应用到机械密封监测中是密封领域新的发展方向。从实验研究和理论研究两方面综述声发射在密封领域的研究进展;从早期的实验探索到后期的信号降噪、信号分析和信号识别等方面总结各阶段的研究成果,并且介绍机械密封相变实验研究;展望基于声发射的机械密封监测技术的未来发展方向,如将大数据技术应用到声发射信号的处理分析,探索声发射技术在机械密封不同方向监测的应用,如液膜相变的监测等。

宽频带模态识别算法中极点的自动选取

在试验模态分析中,确定系统阶次以及极点的正确选择是一个非常重要的问题。到目前为止,这项工作一般是由人工来完成。但是在复杂或者大阻尼结构中,这个过程尤其繁琐并且耗时。本文中采用模糊聚类方法对极点进行分类,实现了极点的自动选取,减少了人工选取的工作量。

基于左矩阵分式模型的短记录数据模态参数识别

在测量数据有限情况下,由于难以获得频响函数(FRF)的准确估计,使用FRF作为原始数据的传统模态参数识别方法将不再适用。针对该问题,提出一种基于频响函数左矩阵分式模型的模态参数识别方法。该方法直接使用输入输出数据FFT谱(IO谱)作为原始数据,避免了频响函数估计。通过最小二乘估计在Z域内求解模态参数,改善了矩阵的求解性态。针对左矩阵分式模型的特点,给出了一种通过主分量分析(PCA)建立稳定图的方法。最后采用GAR-TEUR飞机模型建立仿真算例对所提出的方法进行了验证。

“化工装备密封技术”课程教学软件开发与应用

在Matlab环境下开发了一个非接触机械密封教学软件,该软件通过求解雷诺方程,实现了螺旋槽密封、人字槽密封、枞树槽密封性能的数值模拟。学生可在软件中输入结构参数与操作参数进行分析,获得直观的计算结果展示。相对于传统教学方法,该教学软件具有良好的可视化效果,扩展能力强,操作简单等优点。有助于加深学生对非接触机械密封中概念与理论的理解,激发学生的学习兴趣和提高教学效果,值得在"化工装备密封技术"教学中进行推广。

转子涡动工况下螺旋槽液膜密封性能研究

基于转子在临界转速下的涡动特性,分析转子涡动的轴心运动轨迹。由于动环圆心运动轨迹追随转子,故以动环圆心的圆形运动轨迹为研究点,建立动环偏心的液膜区域模型。采用有限差分法对广义雷诺方程进行离散,通过SOR迭代方法对离散方程进行求解,得到液膜密封端面压力分布,并探讨动环偏心距对液膜开启力、摩擦扭矩、泄漏量以及空化率等液膜密封性能参数的影响规律。结果表明:随着偏心距的增大,内径开槽的密封环槽区面积减少,导致动压效应降低,使密封端面压力呈现出不对称分布的结果;液膜开启力和摩擦扭矩由于密封环表面压力降低且分布不均匀都呈现出下降的趋势;泄漏量随偏心距的增加有下降的趋势,而空化率随着偏心距增加呈现出先上升后下降的规律。

基于小波脊提取的扭转振动测试方法研究

针对工程中转子的扭转振动提取对硬件要求严格的情况,提出了一种基于小波脊提取的扭转振动测试方法。首先,通过小波变换获得齿信号的时频信息;其次,对时频信息进行脊提取得到齿信号的瞬时频率,获得转子的瞬时转速;然后,对瞬时转速进行参数估计获得最终的扭转振动参数;最后,通过仿真与试验分别对所提出的方法进行了验证。结果表明,与传统的扭转振动测试方法相比,所提出的方法不但具有较高的精度,且对硬件的要求相对较低,所需采样频率和储存空间远远小于传统的测齿法。

专业选修课的教学——以“过程装备密封技术”为例

"过程装备密封技术"为过程装备与控制工程专业的一门专业选修课,在教学内容和教学要求上都区别于专业必修课。本文以该课程为研究对象,讨论了高校专业选修课教学中存在的问题,并给出了相应的应对策略。

FDPR模态参数识别方法中统计特性的计算

以频域多参考点模态参数识别方法(frequency domain poly-reference,简称FDPR)为研究对象,通过矩阵的灵敏度分析及Kronecker代数给出该方法中模态参数方差误差的估计方法,提高了模态参数识别的可靠性。估计过程主要分为5步:a.通过相干函数估计频响函数中随机噪声的协方差;b.通过频响函数中随机噪声的协方差计算缩减频响函数的协方差;c.利用缩减频响函数的协方差估计系统矩阵的协方差;d.由系统矩阵的协方差估计极点的协方差;e.由极点的协方差估计模态参数的方差。最后,通过一个4自由度仿真算例对所给出的估计方法进行了验证。

基于NI仪器的模态测试系统开发以及在教学中应用

试验模态分析是结构动力学课程中必不可少的一个环节。传统的试验模态分析系统由于价格昂贵,不便于同时购买多套仪器供学生动手实验。针对该情况,采用NI公司动态分析仪,在Matlab环境下开发了一套模态测试系统。介绍了软件设计过程中仪器的操作方法、数据采集、数据管理等问题。该测试系统具有锤击法测试、频响函数估计、参数识别、振型显示等功能。实验表明该模态测试系统可操作性强,既可用于实验教学,也可用于科学研究,具有较强的应用价值。

O形密封圈密封性能非线性有限元数值模拟

利用ABAQUS软件建立海底采油设备用O形密封圈轴对称模型,对其在不同压缩率、不同油压时的Von Mi-ses应力及密封面接触压力分布规律进行探讨,确定O形密封圈材料易失效位置;分析压缩率和油压对O形密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力及最大接触压与油压压差的影响。结果表明:O形密封圈最大Von Mises应力、密封面最大接触压力随压缩率和油压的增加而增加,且O形密封圈在中低高压下的密封能力高于超高下的密封能力,为海底采油设备用O形密封圈的结构设计及选型提供相关参考。

基于CFD的端面空化对液膜密封稳态特性影响研究

基于满足质量守恒的空化模型,利用CFD FLUNET软件建立螺旋槽液膜密封端面三维模型,探讨螺旋槽结构参数对密封端面空化产生的影响规律,分析端面空化对密封端面间流体膜的开启力、液膜刚度、泵送率等的影响。结果表明:以液膜中气相体积分数变化为判据,空化效应随槽深和槽数的增加而增强,随槽径宽径比的增加呈现先增强后减弱的趋势,但随螺旋角的增加而减弱;考虑空化效应后,液膜开启力和泵送量的数值与未考虑时有所降低,但变化趋势基本一致,而液膜刚度在一定的螺旋槽结构参数范围内波动较大,影响液膜的稳定性。因此,端面空化易导致密封失效。

周向斜面台阶螺旋槽液膜密封流体动压性能

为降低密封面间液体流动发散区液膜压力损失及提高密封性能,在矩形截面螺旋槽中引入周向斜面台阶结构并建立物理模型。基于JFO空化边界,探讨了不同槽深时,斜面转角比对液膜压力、降低空穴发生及流体动压性能的影响。结果表明:当斜面转角比小于1/30时,下游泵送或上游泵送液膜密封的周向膜压或螺旋线方向膜压均得到迅速提升而空化面积比迅速降低,尤其是上游泵送密封;随斜面转角比增大,空化面积比先增大后减小,空穴区中液膜开始破裂位置前缘压力呈增加趋势,而液膜重生成位置后缘压力反之。槽深的增加有助于提升液膜压力和降低空化面积比,当槽深为8～12μm,在斜面转角比为0.1～0.3时,两类型液膜密封承载能力均可达到最大值,前者最大增幅约13.5%,后者约28%;摩擦扭矩最大增幅约4.6%,增幅较小;泄漏量随斜面转角比的变化规律与承载能力相似。

考虑表面粗糙度的液膜密封空化及承载能力分析

为进一步探索表面粗糙度对液膜密封影响,基于质量守恒的JFO空化模型,建立粗糙表面直线槽液膜密封物理模型,采用有限体积法离散控制方程并用Gauss-Seidel松弛迭代法求解,分析表面粗糙度、膜厚及操作工况特征数对液膜密封空穴发生及承载能力的影响。结果表明:以空化面积比为判据,液膜中空穴区域随膜厚增大而增大但承载能力呈减小趋势,且两者均随工况特征数的增大而增大;在膜厚较小如低于5~6μm时,较大表面粗糙度有助于促生空穴和提升承载能力,而在膜厚较大时,其影响减弱甚至被忽略;在较高工况特征数时,较大表面粗糙度对承载能力的提升影响明显,而在较低工况特征数时,较大表面粗糙度对空穴区域的增大影响明显。

考虑惯性效应的超临界二氧化碳干气密封动态特性研究

为了分析惯性效应对超临界二氧化碳干气密封动态性特性的影响规律,建立考虑惯性效应的变黏度变密度螺旋槽干气密封动态特性数学模型,采用有限差分法和小扰动法求解超临界二氧化碳干气密封动态特性参数,分析操作工况远离及靠近临界点时,超临界二氧化碳干气密封动态特性变化规律及惯性效应对其影响程度。结果表明:无论操作工况是否靠近临界点,动态特性系数都随压力的增大而增大,动态刚度系数随转速的增大而增大;动态阻尼在近临界点随转速的增大而增大,远离临界点则相反;考虑惯性效应时的动态特性系数比不考虑惯性效应时的偏低;操作工况近临界点时,惯性效应不可忽略,远离临界点时,惯性效应可忽略不计。