Dynamics Modeling and Numerical Analysis of Rotor with Elastic Support/Dry Friction Dampers

The elastic support/dry friction damper is a type of damper which is used for active vibration control in a rotor system.To establish the analytical model of this type of damper,a two-dimensional friction model-ball/plate model was proposed.By using this ball/plate model,a dynamics model of rotor with elastic support/dry friction dampers was established and experimentally verified.Moreover,the damping performance of the elastic support/dry friction damper was studied numerically with respect to some variable parameters.The numerical study shows that the damping performance of the elastic support/dry friction damper is closely related to the stiffness distribution of the rotor-support system,the damper location,the pressing force between the moving and stationary disk,the friction coefficient,the tangential contact stiffness of the contact interface,and the stiffness of the stationary disk.In general,the damper should be located on an elastic support which has a large vibration amplitude in order to achieve a better damping performance,and the more vibration energy in this elastic support concentrates,the better performance of the damper will be.The larger the tangential contact stiffness of the contact interface,and the stiffness of the stationary disk are,the better performance of the damper will be.There will be an optimal value of the friction force at which the damper performs best.

臂式离心机机室空气内摩擦功率及支座摩擦系数的实验反演分析

为了提高臂式离心机驱动功率的预估精度,对工程解析计算方法中几个前提参数(即机室空气内摩擦发热消耗功率与总风阻功率之比C_(1)、机室内空气从出风口自然流出的线速度与其环向线速度之比C_(2)、支座的摩擦系数f_(e))的确定方法进行了研究。首先,针对一台臂式离心机以四种不同转速稳定运行的状态,利用离心机控制系统,读取了四组驱动电枢电压U和电枢电流I数据,采用三杯仪测试了四个空气从出风口流出的线速度V_(0)数据;然后,根据离心机风阻功率、排风功率和支座摩擦功率的解析理论表达式、能量守恒原理,建立了含待定系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的关于U、I和V_(0)的求解方程,并将四组实测数据U、I和V_(0)代入所建方程,得到了关于系数C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的求解方程组;最后,将所得C_(1)、C_(2)、f_(e1)和f_(e2)的值用于计算另一台类似臂式离心机的驱动功率。研究结果表明:所得驱动功率的计算结果比实测结果大2.23%,而以前依据经验取定C_(1)、C_(2)和f_(e)时的计算结果比实测结果小6.30%。对应用实例的综合分析表明:所建方法可弥补这些参数在以前的工程计算中,其取值缺乏实验依据的不足,提高这些参数的取值准确性和臂式离心机驱动功率的预估精度。

大跨度钢箱系杆拱桥减隔震措施对比研究

以某跨河大跨度钢箱系杆拱桥为研究对象,研究不同措施下桥梁的减隔震性能。通过“m”法,利用桥梁有限元软件Midas Civil进行动力分析;通过人工合成地震波,采用FDB模型、粘滞阻尼器MAXWELL模型进行模拟,对大跨度钢箱系杆拱桥进行非线性时程分析,对比分析摩擦摆支座、速度锁定器、拉索减震支座的减震效果。研究结果表明:三种减隔震措施下,墩柱所受的轴力差异较小,摩擦摆支座及拉索减震支座所受的剪力、弯矩差异较小,速度锁定器作用下,墩柱所受的剪力及弯矩差异较大。通过对比分析,选用摩擦摆支座能较好地满足工程需求,减震效果良好。

复杂工况下储能飞轮转子传力支承与减振设计

针对复杂工况下飞轮转子上、下传力支承角接触球轴承与支座间隙配合导致的振动问题,以及真空环境下振动控制问题,提出飞轮转子上支承采用圆柱滚子轴承,下支承采用深沟球轴承+成对角接触球轴承联合传力支承方案,解决了复杂工况下轴向力调整、磁轴承失效、轴向力平衡、支承刚度连续、支承系统变形协调等结构设计难题。同时引入一种主控式弹支干摩擦阻尼器(ESDFD),抑制转子径向振动。采用有限元法建立ESDFD-储能飞轮转子系统耦合动力学模型,计算飞轮转子动力学特性,分析单/双阻尼器对转子振动的控制效果。结果表明:针对转子一阶、二阶模态振动,采用单/双阻尼器控制方式,最大响应均低于30μm,减振比超过90%。

润滑介质及基体对不同厚度PTFE/PI-PAI涂层的摩擦性能

船舶发动机轴瓦在受到炮弹攻击后处于极端工况,造成轴瓦失效破坏。传统的电镀镀层和磁控溅射薄膜因存在高污染、高成本等缺点,目前亟须寻求新的解决方案来提高轴瓦在极端工况下的耐磨性能。针对轴瓦因炮击而处于极端工况,设计了ZrO_(2)填充PTFE/PI-PAI的涂层材料,采用液体喷涂工艺在A370铝合金和CuPb22Sn2.5铜合金基体表面制备三种不同厚度涂层,研究涂层在不同润滑介质下的摩擦学性能。结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层硬度、润滑介质及基体支撑作用影响,涂层的硬度及弹性模量随厚度的增加呈现递减的趋势。涂层越厚,基体的支持作用越小。在油润滑工况下,铜合金基体上涂层摩擦因数及磨损率均小于铝合金,润滑油是涂层摩擦性能最主要影响因素。在海水工况下,涂层主要表现为磨粒磨损,并出现明显的犁沟现象。铜合金基体上涂层的摩擦因数高于铝合金,海水腐蚀和高频往复摩擦带来的冲刷作用是摩擦性能主要影响因素。在干摩擦工况下,涂层以黏着磨损为主。涂层的硬度受到基体支撑的影响,高频往复运动中硬质对磨球与硬质基体夹击软质涂层和接触压力是摩擦性能主要影响因素。通过涂层与合金摩擦因数对比,可知30μm涂层能够大幅度地降低轴瓦材料的摩擦因数,有利于提高船舶发动机轴瓦在极端工况的摩擦学性能。阐明了基体对不同厚度自润滑涂层的支撑机理,分析了涂层在极端工况下受到轰击后的摩擦学性能,确定了船舶发动机轴瓦涂层的最佳设计厚度。

弹支干摩擦阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机的减振特性

为研究弹支干摩擦阻尼器在带有轴承共腔结构的涡轴发动机减振特性,基于阻尼器动静摩擦副的运动特征,提出弹支干摩擦阻尼器位于轴承共腔结构处的附加刚度和阻尼的计算方法,建立了弹支干摩擦阻尼器与涡轴发动机耦合的有限元模型。通过数值求解,分析不同支点阻尼器对涡轴发动机各阶模态减振效果及阻尼器对可控模态的减振机理。基于以上工作提出了阻尼器各阶模态减振设计方案。结果表明,通过设计弹支干擦阻尼器的支点位置、个数、正压力及控制转速区间等参数,可实现阻尼器对带有轴承共腔结构涡轴发动机各阶模态振动的有效控制,最大减振比达95.6%。

基于摩擦摆支座的高速铁路简支梁桥减隔震效果分析

为研究摩擦摆支座在高速铁路简支箱梁桥的减隔震效果,以24、32、40m典型跨径高速铁路简支梁桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元软件分别建立传统抗震体系和减隔震体系模型进行非线性动力时程分析,研究桥梁墩高、桥梁跨径和地震动峰值加速度(PGA)等因素对简支梁桥地震响应的影响。研究结果表明:桥墩墩高和截面形式对墩底内力和墩顶位移的减震效果有较大影响,但在5~20m墩高内受墩高的影响更为显著;墩高从5m增加到20m时,墩底内力减震率分别为80%、35%,墩高从25m增加到45m时,墩底内力减震率分别为46%、37%;桥梁跨径对结构减震率有一定影响,但在10%以内;PGA对墩底内力和墩顶位移的减震率总体上影响较小;墩高和PGA对FPB支座位移影响较大,PGA影响更为显著,支座位移增大倍数明显大于对应的PGA增加倍数。

城市高架桥梁抗震性能分析

为分析城市高架桥梁抗震性能,以沂河路高架桥梁为分析对象,综合考虑结构安全与经济性,采用有限元软件建立不同跨径组合,不同支座类型及抗震体系桥梁的空间模型进行抗震分析。研究结果表明:对跨径组合为3孔30 m一联的标准联采用中墩双固定支座,对中跨66 m的大跨径连续梁采用摩擦摆支座的设计方法能够很好地满足地震工况下结构的安全性要求。

摆式球形摩擦摆支座理论与有限元模拟分析

运用有限元软件ABAQUS对竖向荷载为700 kN的摆式球形摩擦摆支座进行了模拟分析,研究摩擦因数、滑移位移x、弹簧刚度K对支座耗能的影响,得到了支座参数与耗能的滞回曲线并对其进行对比分析。通过模拟结果可得:支座的摩擦因数和滑移位移一定时,支座的残余位移随着刚度的增大而减小,最大差值百分数达到1.95%。可见滑移位移对支座的残余位移影响较大;理论分析和数值模拟最大误差值仅有0.16%吻合较好,且从滞回曲线的饱满程度来看,摆式球形摩擦摆隔震支座有良好的滞回耗能性能;当取值在0.03~0.10、x的取值在50~110之间时支座的最大耗能值达到33.96 kJ。弹簧刚度K取值为200 N·m^(-1)时支座的最大回复力数值为127.66 kN。该支座隔震效果良好,为工程应用提供一定的参考。

承压水下深基坑支护桩影响的数值分析

针对深基坑工程支护桩影响的基坑承压水抗突涌问题,文中利用有限元软件ABAQUS,建立了深基坑抗突涌稳定性三维数值分析模型,分析不同承压水位作用下基坑底部的突水破坏机理和变形行为,分别研究隔水层厚度和土壤强度的影响,进一步揭示承压水作用下桩基应力和土壤变形的规律。试验结果表明,在相同承压水压力下,各桩身轴力关系为中心桩>边桩>角桩。同样压力下,随着土层的厚度增加,土的隆起位移变形逐渐减小,各桩侧摩阻力的变化规律相似,桩侧摩阻力随承压水头的增大而逐级增大,土层界面处桩与土的相对位移最大。因此,桩身上部的正摩阻力达到最大值,桩身下部受到负摩阻力的作用。

定速立式电机异常振动原因分析及处理

某定速立式电动机在静止时就有较大振幅,运行过程中发现其驱动端波形有削波现象,非驱动端振动较驱动端大,非驱动端东西方向振动较南北方向大,且振幅波动大。后经分析、拆解和试验验证,发现其驱动端削波现象是由动静碰摩引起的,非驱动端振动超标是由法兰共振引起的,东西方向振动大是由该方向支撑刚度不足导致的,振幅波动大是由拍振引起的。通过采取在法兰处焊接槽钢,放置隔振材料等处理措施,解决了电动机异常振动的问题。

汽车传动轴万向节摩擦引起的自激振动与稳定性分析

针对某四驱车急加速工况传动轴撞击中间支撑限位问题,建立考虑万向节内部摩擦的传动轴系统横向运动方程,识别原因为万向节内部摩擦引起的传动轴自激振动。建立包含万向节摆动Dahl摩擦的传动系ADAMS模型,利用仿真失稳转速评价主要参数变化对系统稳定性的影响,并进行实车验证,结果表明:减小万向节摩擦、增加中间支撑刚度、优化传动轴夹角可提升系统稳定性。采用将万向节更改为DO节、优化中间支撑刚度的组合方案,消除了传动轴自激振动现象,验证了方法的有效性。

考虑摩擦作用的柔性光伏支架风振响应分析

在风荷载作用下,柔性光伏支架易产生较大的变形和振动,应特点关注风振响应。因此,在SAP2000中,对三跨大跨度柔性光伏支架进行有限元建模,采用Davenport风速功率谱生成的风荷载时程作为荷载输入,分析柔性光伏支架在风荷载时程作用下的结构响应,并与静力风荷载作用下的结构响应进行对比。同时,考虑索与中部支架之间的摩擦作用,考察不同摩擦系数下结构的风振响应,探究摩擦力对柔性光伏支架风振响应的影响。结果表明,与静力分析相比,柔性光伏支架动力时程分析位移放大系数和索力放大系数分别为1.64和1.63;索与中部支架之间的摩擦作用能够增强结构整体耗能能力,有助于减小柔性光伏支架的风振响应;不同工况下的等效风振系数取值相差较大。因此在对柔性光伏支架进行静力分析时,应综合考虑实际情况,对风振系数进行合理取值。

桥梁施工中钢抱箍滑移原因与防滑措施研究

为研究桥梁施工中钢抱箍滑移原因并提出针对性的应对措施,对钢抱箍受力进行理论分析。针对钢-混界面进水及螺栓施拧不足造成的滑移,进行钢-混界面摩擦系数和螺栓拧紧力矩系数测试及定量分析,根据测试结果并结合现场经验提出钢抱箍防滑措施。结果表明:实测干燥状态下钢-混界面的静摩擦系数为0.62,大于常用设计值(0.3~0.4),钢抱箍偏安全;界面润湿后,静摩擦系数有所降低,但仍高于常用设计值,说明钢-混界面进水会降低钢抱箍承载能力,但降低程度还不足以导致钢抱箍滑移。螺栓拧紧力矩系数取值不当是钢抱箍滑移的主要原因,拧紧力矩系数常用设计值仅为测试值的1/1.7~1/3.6,偏不安全;拧紧力矩系数取值跟螺栓轴线与承压板法线间的夹角有关,建议现场对其进行实测,以保证螺栓预紧力与设计相符。钢抱箍设计时,摩擦系数可偏安全地取0.45,螺栓拧紧力矩系数可在参考范围内取大值,并结合1.5~2.0的安全系数确定螺栓数量,以避免钢抱箍滑移。

三维碳毡支撑型聚酰胺纳米复合材料的摩擦学行为

以碳毡(CF)为三维支撑材料,通过一步水热法将氧化石墨烯(GO)和石蜡(PW)负载到碳毡上制备CF/GO/PW三维润滑增强体,再通过原位聚合的方法制备聚酰胺/CF/GO/PW复合材料.对CF/GO/PW三维润滑增强体的微观形貌和复合材料的结构等进行表征测试,研究了纯聚酰胺6(MCPA6)及其复合材料的摩擦学性能和力学性能,以及GO与PW的比例对材料摩擦学性能的影响.研究发现GO与PW的质量比为1:3时,复合材料的摩擦学性能达到最佳水平,与纯聚酰胺相比,复合材料的摩擦系数和比磨损率分别降低了87%和73%,这是碳毡与基体界面性能的改善和GO/PW与CF一块起到协同增强润滑的结果;复合材料的拉伸模量和弯曲模量分别提高37%和155%,表明CF/GO/PW三维润滑增强体对复合材料具有明显的增强作用.

主控式弹支干摩擦阻尼器一体化构型设计及减振实验研究

为实现主控式弹支干摩擦阻尼器控制发动机转子振动,设计了一种新型阻尼器结构并建立相关的动力学参数设计方法,利用发动机高压转子模拟实验器对设计阻尼器的减振特性进行了仿真分析和实验验证。结果表明,一体化构型设计的阻尼器能够有效控制转子振动,最大减振比可达到95.5%;不同临界转速下各个阻尼器控制效果不同,为实现控制目标,正压力的分配应与所控制临界转速振动位于阻尼器所在位置处的比例相关;静摩擦片质量和安装刚度应综合考虑多阶模态,以及控制对象的最高转速。

锚喷支护巷道喷射混凝土力学性能试验研究

为研究煤矿锚喷支护巷道喷射混凝土的力学性能,采用“喷射大板法”在煤矿井下施工现场制作混凝土标准试块,通过实验室试验全面、简捷地测试了喷射混凝土在不同养护龄期下的抗压、抗拉、抗弯、抗剪系列强度以及粘聚力和内摩擦角等力学参数。试验结果表明:喷射混凝土的抗压、抗拉强度随时间呈对数式增长规律,前期增长迅速、后期增长缓慢,第7天的增长幅度高达373%~406%,第28d的增长幅度仅为9%~12%;抗弯、抗剪强度随时间呈抛物线式变化规律,前期一直增长,至21d左右达到峰值,最大抗弯、抗剪强度分别为5.04MPa、5.26MPa,之后呈下降趋势,28d抗弯、抗剪强度降幅分别为18%、19%;喷射混凝土28d基准抗拉、抗弯、抗剪强度为3.04MPa、4.11MPa、4.29MPa,分别为抗压强度的7%、9%、10%;喷射混凝土的粘聚力、内摩擦角分别约为C=0.20MPa、φ=50°。试验结果为喷射混凝土力学性能评估和数值模拟参数选取提供了依据。

多模块高温气冷堆核岛厂房隔震结构振动台试验

为研究多模块高温气冷堆核岛厂房基底隔震结构的抗震性能,设计缩尺比为1/20的核岛厂房振动台试验模型,分别进行抗震、摩擦摆支座隔震、橡胶支座隔震三种工况下的振动台试验,对比分析不同工况下核岛厂房隔震结构的动力响应规律,包括结构动力特性、加速度和位移响应、楼层反应谱等。试验结果表明:采用隔震措施后,结构自振周期明显延长,隔震效果显著;三向地震动输入时,隔震上部结构的加速度放大系数在四层以上会突然增大,这是由于结构中部T形墙高度仅至四五层之间,结构在此处被削弱;结构整体刚度较大,抗震结构和隔震后上部结构的相对位移均较小,基本处于平动;隔震措施能明显减小核岛厂房结构在其自振频率处的水平向加速度反应谱峰值,而在隔震频率处隔震模型加速度反应谱值有所增加;在三向地震动输入下,隔震模型的竖向楼层加速度谱较抗震结构的竖向加速度谱有明显放大。

深厚软土层端承摩擦桩桩承式加筋低路堤现场试验

为揭示桩承式加筋低路堤的荷载传递机理及土工格栅的加固效应,选取武汉智能网联赛车道项目主赛道连接段某低路堤路段开展了一个承载单元的现场试验,分别测试了施工期桩帽顶部与格栅上层的土压力分布、路堤分层沉降、格栅应变与挠曲。数据分析表明:随着填土高度的增加,土拱效应与张拉膜效应逐渐发挥,桩帽顶部的土压力开始超过桩间土压力并在填筑结束后逐渐趋于稳定。在端承摩擦桩桩承式加筋低路堤的荷载传递机制中,桩间土承担主要荷载,占比62.23%,张拉膜效应仅占很小一部分,占总荷载的3.77%。土工格栅的最大应变出现在桩帽边缘处,但最大值仅为0.195%,这表明土工格栅性能难以得到充分发挥。在该桩承式加筋低路堤中,两桩中心处的桩间土沉降要明显大于四桩对角线中心处。

基于改进LuGre摩擦模型的机器人关节摩擦力辨识研究

机器人在精准装配时,摩擦力影响着控制精度。利用LuGre摩擦模型进行关节力矩计算时,机器人关节摩擦力具有周期性纹波误差。针对此问题提出一种改进的LuGre摩擦模型,包括LuGre摩擦模型表示的稳态摩擦力,以及与速度相关的位置依赖项。对摩擦模型进行分步辨识,利用LuGre摩擦模型的特征,对稳态摩擦力参数进行辨识,通过SVM多类分类算法、支持向量回归(SVR)和最小二乘法求解方程组,对模型中的位置依赖项进行参数辨识。实验结果表明,机器人在不同负载下运行,使用改进模型及辨识方法计算关节摩擦力矩时,误差可以降低50%以上。