解释自由端含集中质量悬臂输流管固有频率计算悖论

深海钻井系统一旦发生紧急脱离,钻井液需下泄入海防止悬挂立管系统固有频率与波浪频率接近而发生共振破坏,同时海水必须注入管内以防止立管挤毁。此时悬臂立管机构为一典型低端含集中质量(低端总成)悬臂输流管系统。该系统采用伽辽金法计算固有频率时通常采用两种方法:将集中质量作为边界条件;利用狄拉克函数将集中质量嵌入输流管模型。内流速度为零时两种方法计算结果一致。但当内流速度不为零时两种方法计算结果差别较大,Paodoussis指出此时第一种方法错误,但并未给出合理解释。重新推导集中质量作为边界条件时悬臂梁系统固有模态正交条件,提出改进方法进行重新计算,与第二种方法及文献结果比较完成验证。并对比自由端含集中质量悬臂输流管系统内流效应试验结果,发现基于改进方法可正确预测临界内流速度及失稳振动频率。可解释自由端含集中质量悬臂输流管系统固有频率计算悖论,同时为不同边界条件下输流管系统动力学分析提供参考。

基于集中质量块法的叶片试验模型的模态调节方法

基于集中质量块法研究了叶片相似缩尺试验模型的模态调节问题.首先根据薄板的小挠度理论假设,得出了考虑质量块分布的薄板固有频率理论计算公式,通过引入质量块位置比值坐标,重点分析了集中质量块在薄板上的位置和质量块材料对薄板振动特性的影响规律.最后通过工程实例给出基于集中质量块的具体应用方法,并用有限元法从固有频率和模态振型两方面得以验证和对照,确认了所提出的模态调节方法的正确性和有效性.

齿形链传动的模态仿真分析

由于链条结构上不是连续体以及存在多边形效应,精确地计算链条的固有频率比较困难。利用ANSYS首先分析紧边链条的预应力,然后进行模态分析,计算其固有频率和振型并与理论计算结果对比,证明了模态分析结果的正确。分析中首次利用了有限元法对齿形链进行模态仿真,正确模拟了齿形链条的横向振动。

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。

部分水下弹性支承等截面梁柱的自由振动分析

研究浸入流体中自由端具有集中质量块的等截面弹性支承悬臂梁的横向自由振动。考虑由集中质量块引起的轴向力作用,建立了支承处弹性水平位移约束和转动约束耦合情形下悬臂梁横向自由振动数学模型。由于集中质量块的惯性力和惯性距,此模型的边界条件与固有频率相关。推导了梁自由振动的频率方程和振动模态的广义正交性条件。数值研究了水深、集中质量块质量、转动惯量、质心距以及弹簧耦合刚度等参数对悬臂梁固有频率和正则模态的影响。