滚动轴承支承下松动-裂纹耦合故障转子系统动力学特性分析

支座松动转子因两端刚度不对称而引发振动异常增大,进而可能导致转子出现裂纹故障,裂纹和松动故障耦合下的转子系统呈现强非线性特性.建立滚动轴承支承的支座松动-弓形裂纹转子动力学模型,研究转速、松动间隙、松动质量及裂纹角等对转子系统非线性动力学响应的影响.考虑非线性Hertz接触力,采用分段线性方程描述支座松动的刚度和阻尼,转子横向裂纹采用呼吸裂纹模型来研究,依据拉格朗日方程建立转子系统动力学方程,采用Runge-Kutta法求解方程获得转子振动响应的分岔图、频谱图、轴心轨迹图、Poincaré图等.计算结果表明,当系统转速达到2300rad/s时,松动-裂纹耦合故障系统较仅裂纹系统在1/3分频处有明显的间谐波成分,混沌区域更为宽泛;当裂纹参数恒定时系统随着松动间隙减小会更加稳定;当松动质量m_(s)>41.25kg时,系统振幅剧增,发生“跳跃”现象.研究工作对松动-裂纹转子系统的故障诊断和健康监测具有重要的工程应用价值.

航空发动机自带冠叶片减振特性研究

将自带冠叶片模化为质量弹簧模型。自带冠叶片减振主要是由于冠间碰撞和摩擦的组合运动来实现的,因此将冠间的接触简化为带对称间隙的弹簧阻尼模型,摩擦模型采用Sgn模型,从而建立该系统的动力学方程,进而采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程。主要探讨了冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等多种参数对减振效果的影响。结果表明:叶片的振动能量与冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等参数有关,参数选取要考虑工作转速的范围。冠间的碰摩组合运动为硬式分段线性的非线性振动,因此同时采用Poincaré映射图和频谱图等方法对系统的非线性特性进行了一定的研究。

考虑非线性恢复力的叶冠系统非线性特性分析

涡轮叶片叶冠系统高速旋转时,其运动为分段线性的非线性振动。笔者考虑了非线性弹性恢复力的影响,将冠间的接触等效为带有间隙的弹簧阻尼模型,摩擦采用Sgn模型,导出了该系统的无量纲动力学方程。用数值方法求解了系统的动力学方程,用分岔图、Poincaré映射图和相轨图分析了系统的非线性特性。仿真结果表明:在双重非线性因素作用下,系统呈现出更为复杂和丰富的非线性特性。随着非线性因子的增大,系统发生混沌的转速范围增大,最大无量纲位移幅值减小。当转速比Ω在22到25之间时,系统的响应幅值达到极大值。适当的阻尼可抑制混沌运动的发生范围,但过大的阻尼也不能有效地抑制跳跃现象和混沌运动。

涡轴发动机动力涡轮转子双盘碰摩动力学特性研究

涡轴发动机动力涡轮转子双盘碰摩发生时,易造成转子复杂弯扭振动及盘面摆动,对转子安全稳定运行造成巨大威胁。因此,对动力涡轮转子双盘系统动力学与控制的研究十分必要。文中研究动力涡轮转子双盘系统的碰摩动力学特性。采用库伦摩擦定律的局部碰摩力模型表征双盘转子与静子碰摩处的作用力;建立Timoshenko梁单元模型对转子系统进行动力学建模,推导单元的刚度矩阵和质量矩阵;将各单元矩阵组装成整体矩阵得到系统运动微分方程。采用Newmark-β方法对双盘碰摩转子的运动方程进行求解,研究双盘碰摩位置对系统动力学特性的影响机理。研究结果表明,动力涡轮转子双盘碰摩较单盘产生更为宽泛的混沌区域。

航空发动机叶片“频率转向”特性研究

针对航空发动机叶片的结构和运行特点,基于薄板弯曲理论,采用梁函数组合法推导了在变转速状态下悬臂板频率和振型的解析解一般表达式,研究了叶片在离心力作用下的"频率转向"特性和模态振型的变化规律,分析叶片展弦比对"频率转向"特性和模态振型的影响规律,较为详细地讨论了在"动频交叉点"叶片的模态振型。仿真结果表明,在叶片的动频曲线相交点处,相同厚度、相同长度的叶片,展弦比较大叶片的动频曲线交点对应的转速和频率较大;孤立的弯曲模态、扭转模态不会与其它模态耦合而导致频率转向。

考虑转速及碰摩的带冠涡轮叶片动力特性研究

研究了考虑旋转及碰摩复合作用的带冠叶片振动特性。建立了模拟带冠涡轮叶片循环对称结构的梁-质量-弹簧模型;采用欧拉-贝努利梁理论,将系统放入转速引起的离心力场中,研究旋转状态下带冠叶片的动力特性;推导出了考虑离心力、气流激振力及碰摩复合作用的系统动力学方程;基于推导出的方程,研究了叶冠接触角、气流激振力、摩擦因数、刚度比和间隙等参数对系统稳态响应的影响规律。此外,还对系统的非线性特性进行了一定的研究。文中的分析方法及数值结果对于叶冠设计及振动控制有一定的参考价值。

振动理论及应用研究生课程建设的教学改革与探索

研究生课程建设是高等学校教学基本建设的重要内容之一。加强研究生课程建设是有效落实研究生教学计划,提高教学科研水平和人才培养质量的重要保证。针对振动理论及应用研究生课程的特点,结合研究生创新教育的目标,对本课程教学现状和问题、教学目标、教学方式、教学改革和实践等进行了较为深入详尽的阐述。

基于等效线性化法的干摩擦缘板系统振动特性研究

提出了一种新的等效线性化方法来解决干摩擦力非线性给干摩擦缘板阻尼系统分析带来的不便;考虑干摩擦力高次谐波对缘板阻尼系统振动特性的影响对系统一次谐波解进行修正;研究干摩擦阻尼器设计中的一些关键参数对叶片阻尼系统减振特性的影响,得到了干摩擦叶片阻尼系统的减振规律。

能源动力类专业有限元课程教学改革与尝试

有限元法已广泛应用于工程实际的各领域中,已成为强有力的数值计算工具。本文针对高校能源与动力类专业有限元课程教学中存在的问题,结合笔者在实践教学中的经验和思考,对有限元课程所采用教学模式的目的、内容、方法等方面进行了探讨和总结,着力增强学生学习有限元课程的兴趣,提高教学质量,培养学生采用有限元软件解决工程实际问题的能力。

有限元法在透平叶片振动研究中的应用

以透平叶片振动分析理论为基础,对实验室的等截面直叶片分别通过理论法和有限元法求解其前7阶的切向弯曲自振频率并加以比较。利用有限元法对叶片及顶部围带相互连接的叶片组在不同转速下进行模态分析,得到叶片及叶片组动力刚化效应振动模态数值分析结果,并对结果进行了分析比较。对于顶部围带不连接的叶片组,利用有限元法通过构造弹簧模型来处理顶部围带的接触问题,所得结果真实反映了汽轮机运行过程中围带的碰撞和叶片的振动情况。

一种干摩擦缘板阻尼系统分析的新方法

干摩擦缘板阻尼器已广泛应用于涡轮叶片减振设计中。为了进一步提供有效的缘板阻尼器设计资料,采用改进后的整体滑动模型,提出一种新的缘板干摩擦分析方法,比以往的谐波平衡法更为准确科学。由此分析不同正压力下干摩擦缘板阻尼系统的动力响应,得到阻尼器达到最佳减幅效果时的正压力值。最后分析阻尼器附加正压力对叶片阻尼系统共振频率的影响。

含立方刚度滚动轴承转子系统非线性特性分析

建立了滚动轴承-转子系统非线性动力学模型,考虑了不平衡激励、轴承间隙、非线性赫兹接触力、变柔度(VC-VaryingCompliance)振动和转轴材料物理非线性的综合效应,以含立方非线性项的表达式来表征这种转轴材料的物理非线性刚度。运用Range-Kutta数值积分方法计算系统的不平衡振动响应,得到了转轴非线性刚度、轴承间隙和转子转速对系统动力学行为的影响规律。

基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究

采用数值方法研究离心风机在流体激励力和叶轮离心力共同作用下的结构响应。离心风机在运行过程中的振动主要由流体激励力和叶轮离心力引起,传统的分析方法很难准确地模拟和预测这种流固耦合振动。首先模拟离心风机内部三维非定常流场,然后将流场分析得出的流体激励力施加到风机叶轮上,采用模态动力学方法对离心风机进行振动响应计算。研究叶片数和前盘厚度两种结构参数对离心风机振动特性的影响。结果表明,存在最佳的叶片数和前盘厚度值,使得离心风机达到较好的减振效果;增加前盘厚度有利于提高叶轮强度,但是随着前盘厚度的增加,系统振动越来越强烈,因此在叶轮设计时应充分考虑叶轮强度以及风机整机振动性能以确定最佳叶轮结构。

滚动轴承-裂纹转子系统动力学特性分析

考虑呼吸型裂纹和非线性赫兹接触力,根据拉格朗日方程建立滚动轴承支承下含横向裂纹的转子系统模型,采用四阶Runge-Kutta方法对裂纹-碰摩耦合故障转子系统的非线性动力学行为进行研究,揭示转速、裂纹深度、裂纹角和定子刚度对系统动力学响应的影响机理。计算结果表明:该系统呈现出多周期、拟周期和混沌等丰富的非线性动力学特性;当裂纹深度增大时,超临界转速区间的拟周期运动转变为多周期和拟周期交替运动;裂纹角变化导致系统的分岔特性产生明显差异,这些差异可作为辅助判断裂纹大致位置的重要依据;定子刚度的增大会导致超临界转速区间分频附近存在伴随成分。

基于小波包分解和卷积神经网络的滚动轴承故障诊断

针对旋转机械滚动轴承在恶劣工作环境中易于损坏,而目前故障诊断过于依赖人工特征提取的问题,提出了一种基于小波包分解和卷积神经网络(CNN)的滚动轴承故障诊断方法(WPDEC-CNN):通过小波包分解对振动时域信号进行处理,获得表征信号相似的小波系数,再将其进行预处理后输入CNN进行分类识别.试验结果表明,WPDEC-CNN的损失率低于BP神经网络和CNN,为0.1089;WPDEC-CNN的故障分类准确率均高于BP神经网络和CNN,达到97.3%,验证了所提故障诊断方法的有效性.

单跨双盘裂纹转子-轴承的动力学特性研究

在考虑裂纹的时变刚度和综合模型的基础上,采用有限元法建立了左侧为弹性支承、右侧为非线性油膜力 支承的单跨双盘裂纹转子系统的动力学模型和两端均为弹性支承的裂纹转子系统模型,并利用4阶Runge-Kutta方法 进行求解,研究裂纹位置、裂纹深度、转速和裂纹轴刚度变化量对转子系统动力学响应的影响,并对2个模型的动力学 特性进行对比分析。研究结果表明:在转速、裂纹深度和裂纹轴刚度变化量相同的条件下,裂纹位于转子左侧轴段的 振动总是比裂纹位于转子中间轴段的振动剧烈;当转速较小时,无论裂纹位于转子左侧还是中间轴段,系统的振动响 应主要是由裂纹引起的,频谱图上会出现高频分量;当转速较高时,系统的振动响应主要是由偏心量引起的。研究结 果可为系统故障诊断提供依据。

基于哈密尔顿原理和谐波平衡法研究带冠叶片的振动特性

建立自带平行四边形叶冠的等截面直叶片模型来研究系统参数对叶片振动特性的影响,其中直叶片被等效为一个欧拉伯努利梁,叶冠部分被视为一个与叶顶固连的集中质量,叶冠之间碰撞的接触力则引入弹簧模型来定义。根据哈密尔顿原理推导出系统动力学方程,再采用谐波平衡法将叶冠间的压力和摩擦力转换为等效刚度和等效阻尼,得到汽轮机自带冠叶片等效后的动力学方程,通过龙格库塔法求解系统的振动响应,探讨了叶冠间隙、叶冠间摩擦因数和接触角对振动特性的影响以及系统相关非线性行为。结果表明:振幅在一定范围内随着叶冠间隙的增加而增大,而叶冠间隙对发生共振时的转速几乎没有影响;摩擦因数增大会导致振幅和共振区域减小;存在一个最佳接触角,可使减振效果处于最佳状态;叶片在有摩擦存在时的振动相对稳定。

CNN-RNN融合法在旋转机械故障诊断中的应用

针对目前旋转机械故障诊断存在运算时间长、精度不高等问题,将CNN的特征提取能力和RNN时序处理能力相结合,提出了CNN-RNN融合分析法.该方法使用一维CNN网络提取特征数据,剔除受环境噪音等因素影响的无效信息且依然具有时序性,再由处理时序数据精度较高的RNN对该特征数据进行计算处理进而对旋转机械进行故障诊断.在测试集上的验证实验结果表明,该方法不需要手动提取特征数据,运算时间大约减少1/2,故障诊断精度提高约2%,具有可行性.

汽轮机自带冠阻尼叶片强度与振动特性有限元分析

以某给水泵汽轮机自带冠叶片为研究对象,采用循环对称法建立汽轮机自带冠叶片—轮盘系统模型,利用有限元方法研究该叶片的应力分布及固有模态,将对汽轮机内部进行三维非定常流场分析得到的实际工况下气流激振力施加到叶片上,采用模态瞬态动力学方法分别研究系统在VWO(阀门全开)以及30%THA(热耗率验收)两种工况下的振动响应规律。研究表明:冠间阻尼使得整圈叶片在工作状态下处于整圈自锁状态,增大了系统原有刚度,可有效降低叶根以及轮盘槽的最大等效应力,避开“三重点”共振,使机组安全稳定地运行;冠间干摩擦阻尼结构能够消耗振动能量,使振动响应大幅度降低。两种工况下的计算结果对工程实际有一定参考价值。

汽源内切换状态下流动诱导的汽轮机振动特性数值模拟

针对工业给水泵汽轮机汽源内切换状态下,周向非均匀蒸汽引起机组振动问题,应用ABAQUS软件进行了数值模拟。采用模态瞬态动力学分析方法,得到了转子系统的主要模态,对比了在不同调节方式、运行工况下调节级动叶及转子系统的瞬态响应。计算结果表明:调节方式与运行工况对调节级动叶的响应频率影响较小,且主要表现为低频响应;相比于低压蒸汽单独进汽VWO工况、低压蒸汽单独进汽30%THA工况和高低压蒸汽混合进汽30%THA工况,高低压混合进汽VWO工况三个方向振幅均最大;调节级轮盘受整圈调节级叶片气流力作用时,调节级轮盘与转轴的 X向(轴向)响应频率不同,Y、Z 方向的振动响应曲线基本相同;同一调节方式下,VWO工况监测点 Y 向振动峰值是30%THA工况的3.7~3.8倍。