循环横向载荷作用下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,并基于预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况对循环横向载荷下旋转松动期内连接结构松动行为进行了仿真计算,主要系统分析了螺栓初始预紧力、横向载荷幅值、螺栓位置、螺栓个数、螺栓直径、接触面摩擦系数、止口紧度影响因素对连接结构松动行为的影响规律。结果表明:初始预紧力越大、横向载荷幅值越小、螺栓个数越多、接触面摩擦系数越大、螺栓直径越大、止口紧度越大,连接结构松动越难发生;存在一横向载荷幅值临界值,当小于此临界时,各螺栓均不发生松动,大于此临界时,有螺栓发生松动;存在一螺栓位置值,使连接结构松动最不容易发生。

几何非线性黏性阻尼隔振系统的传递率特性

针对传统舰载非线性隔振系统中存在的抑制共振峰值和改善高频传递特性相矛盾的问题,首先,建立了包含非线性刚度、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼的非线性隔振系统数学模型,采用谐波平衡法进行解析求解;其次,对比分析了线性阻尼、库伦阻尼和几何非线性阻尼对隔振系统传递特性的影响规律,进一步研究了激励幅值对不同阻尼隔振系统振动性能的影响;最后,通过振动试验进行了验证。结果表明:增加系统库伦阻尼,虽然能够降低软特性隔振系统共振区传递率,但会导致硬特性隔振系统出现“频率岛”现象,同时高频隔振性能下降,而且随着激励幅值的增加,共振区隔振性能随之变差;增加系统几何非线性黏性阻尼,不仅能够有效降低共振区传递率峰值,而且能够保证高频区良好的隔振性能;几何非线性黏性阻尼拓宽了系统对激励幅值的适用范围,为非线性隔振系统设计提供了指导作用。

边界摩擦条件下含有预紧的对合碟簧隔振单元的振动特性

为研究对合碟簧的摩擦对隔振单元振动特性的影响,设计了一种存在预紧的对合碟簧隔振单元,建立了考虑边界摩擦条件下对合碟簧组的刚度模型。通过准静态加载试验验证了该刚度模型的正确性;并提出了该碟簧隔振单元的非线性动力学模型,应用平均法对对合碟簧隔振单元的自由振动进行分析,得出影响系统自由振动频率的各项因素;对基础激励下对合碟簧隔振单元的受迫振动进行分析计算。结果表明:在小位移振动条件下,该碟簧隔振单元可近似等效成非线性黏性阻尼系统,且附加支持力系数仅影响系统脱离频率,刚度三次项系数值的选取越大越不利于系统隔振;在大位移振动条件下,计算得到了系统存在异常跳跃状态与全频域内传递率系数T′d≤0状态,并说明这两种状态与黏性阻尼系数以及附加支持力系数间的联系。

边界摩擦条件下含有预紧的对合碟簧隔振单元振动与稳定性分析

实际工程中,碟簧类隔振器常简化为线性模型,随着隔振器内部碟簧数量的增加,边界摩擦效应与刚度阻尼非线性等问题导致线性模型失真。为了研究对合碟簧组在考虑边界摩擦条件下的非线性振动特性,提出了一种含有预紧的对合碟簧隔振单元,建立了考虑边界摩擦与预紧条件下对合碟簧组的非线性动力学模型。应用Klotter求解非线性方程的方法,对该对合碟簧隔振单元在基础激励下的受迫振动进行分析计算,得到其固有频率附近的幅频特性曲线方程;基于RouthHurwitz稳定性判定条件,推导并计算出该对合碟簧隔振单元的不稳定区间,并讨论系统参数对该隔振单元非线性振动与稳定性的影响。计算结果表明,幅频特性曲线与稳定区间均仅由系统的非线性刚度三次项无量纲系数α2、黏性阻尼无量纲系数μ1与附加支持力无量纲系数μ2控制,且系统脱离频率Ωb的平方与附加支持力无量纲系数μ2成正比。系统存在异常跳跃状态与不向稳定共振分支跳跃的微共振或无共振状态,并说明了黏性阻尼无量纲系数μ1与附加支持力无量纲系数μ2对这两种状态以及其稳定区间的影响关系。最后,通过定频试验验证模型的准确性。

基于扭摆的中低频响应谱修正方法研究

冲击响应谱广泛应用于舰艇及其舰载设备抗冲击的设计工作中。由于趋势项误差的存在使得冲击谱中低频区出现失真现象,为此通过理论分析解释了趋势项误差对冲击谱中低频区域测量失真的作用机理,得到了零飘现象中放大倍率与系统频率和系统响应间的关系。从原理上分析阐述数学修正方法的优劣,结合现有修正仪器提出扭摆模型修正方法,建立该扭摆模型振动方程并应用Ritz-Galerkin方法推导近似周期解与主共振频率方程。进行了扭摆与传统弹簧振子在相同冲击环境下冲击响应试验,结果表明,在低频扭摆冲击响应摆角小于20.06°范围内,扭摆与弹簧振子具有良好的线性关系。对比数学修正方法、传统弹簧振子修正方法以及扭摆修正方法发现,扭摆修正方法对冲击谱中低频段的修正结果可信度较高。

中低频集中质量悬臂式簧片仪基频分析方法研究

簧片仪是一种中低频冲击响应谱测量装置,设计时可将其简化为端部附带集中质量的悬臂梁。簧片仪的振型方程中存在超越函数,对于等截面簧片仪来说,可使用二分法等数值方法求解,计算量较大,该方法不适用于复杂截面簧片仪基频设计。首先利用悬臂梁自由端受集中力的挠度公式,推导出其等效刚度等效单自由度的弹簧振子系统,利用弹簧振子相关频率公式解决求解集中质量等截面悬臂梁的基频问题,该方法与振型方程求解的基频对比,发现在10 Hz以下的中低频区域,可以很好的保证等截面悬臂梁的基频精度,大于10 Hz的中频段,误差随频率的升高而迅速增大。接下来,通过Mohr积分的方法,推导出等强度集中质量悬臂梁自由端的最大挠度,并给出其基频的设计公式,该方法与试验进行对比,发现误差与等截面悬臂梁有相同趋势,因此利用瑞利能量法修正设计公式中的质量参数,修正后与实验误差在5%左右。经理论与试验验证,所提出的簧片仪设计方法简单可行、计算结果可信。

剪切载荷下航空发动机螺栓松动行为及其临界值的数值模拟研究

为研究剪切载荷下螺栓连接结构松动行为,首先建立了多种螺栓连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,并运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后通过多种模型仿真对比,分阶段首次研究了不同影响因素下塑性松动期、旋转松动期内以及整个松动期内的螺栓松动行为及其重要临界值。结果表明:剪切载荷下螺栓初始预紧应力和其材料屈服应力之比在1.32~1.44时,松动最不容易发生;存在一初始预紧力临界值,当初始预紧力小于此临界值时,松动开始于旋转松动期,反之经历整个松动期;存在两个剪切载荷幅值临界值,当大于第1临界值时,螺栓松动会发生反之不会发生,当大于第2临界值时,松动过程经历整个松动期,反之仅经历旋转松动期;剪切载荷幅值越大,螺栓松动越容易发生,松动变化速率不单调且在某一幅值处发生突变;一定区间内,存在一个螺纹啮合面间摩擦系数范围使得松动最难发生;偏心距离越大,松动越容易发生。

几何非线性黏性阻尼隔振系统动力学特性研究

针对舰船设备用隔振系统中普遍存在的非线性特性,建立了包含非线性刚度、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼的非线性隔振系统数学模型,采用平均法进行解析求解,根据Routh-Hurwitz判据得到系统稳定性边界条件,综合研究了线性阻尼、库伦阻尼和和几何非线性黏性阻尼对系统幅频响应和稳定性的影响规律;对非线性隔振系统进行了避跳参数设计,分析了系统参数对避跳边界的影响;通过振动试验进行验证。结果表明:线性阻尼、库伦阻尼和几何非线性黏性阻尼对降低软、硬隔振系统幅频响应峰值,提高系统稳定性都有积极作用,但由于库伦阻尼的“锁定”特性导致硬特性隔振系统幅频响应出现“频率岛”现象,系统稳定性未能得到有效改善,但库伦阻尼有效降低了软特性隔振系统幅频响应峰值,提高了系统稳定性;几何非线性黏性阻尼对降低幅频响应峰值,提高系统稳定性均具有显著作用,同时不会出现“频率岛”现象。

某碟簧隔振器疲劳性能分析

本文通过对一种船用碟簧隔振器中碟簧的疲劳寿命进行理论计算和仿真分析,建立了一种与碟簧静态特性较为接近的有限元模型,用于疲劳仿真计算。通过试验与计算结果可以得出以下结论:疲劳仿真结果可靠性较高;碟簧疲劳寿命为9 388h。为了保证碟簧隔振器在工作周期内提供良好的隔振缓冲效果,并且正常稳定运行,本文建议将碟簧隔振器的维护周期调整至1年。

T型钢丝绳隔振器动态特性试验研究

钢丝绳隔振器是一种常用的被动隔振装置,本文通过开展准静态、振动、冲击等试验获得完整的曲线数据,探究钢丝绳隔振器三向动态特性。准静态试验和冲击试验结果表明,变形速率的大小与钢丝绳减振器的能量耗散有直接关系,准静态压缩时,速率较低,对能耗的大小基本无影响,冲击时,速率较高,对能耗的大小有直接影响。振动试验结果表明,钢丝绳隔振器的动刚度会随着激振频率的增加而减小,当激振频率与固有频率相等时,动刚度最小。

不同载荷下螺栓法兰连接结构非线性刚度影响因素

为研究各影响因素对螺栓法兰连接结构非线性刚度的影响规律,建立了带升角螺纹连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,并验证了模型的有效性,分别进行了拉伸、弯曲、扭转载荷下仿真分析。结果表明:螺栓初始预紧力越大,连接结构抗弯、抗扭刚度越大,初始预紧力对抗拉刚度没有影响,拉伸载荷下初始预紧力提高了两法兰分离的临界阻力,弯曲载荷下,初始预紧力越大,触发两法兰出现开口状态的外部弯曲力矩值越大,各螺栓越不容易承担外力,两法兰开口前,初始预紧力对连接结构抗弯刚度影响较小,开口后影响较大;螺栓直径越大、个数越多,连接结构抗拉、抗弯、抗扭刚度越大;螺栓位置越靠近法兰筒,连接结构抗拉刚度越大,分别存在一个最优螺栓位置值,使得连接结构抗弯和抗扭刚度最大;结合面间摩擦因数对连接结构抗拉、抗弯刚度没有影响,结合面间摩擦因数越大,连接结构抗扭刚度越大,其中法兰-法兰结合面间摩擦因数对刚度曲线第一段内抗扭刚度影响较大,螺栓-法兰结合面间摩擦因数对第二段内影响较大。