附加阻尼环的航空齿轮强迫响应分析方法

为了避免航空齿轮振动过大导致齿轮辐板破裂,在齿轮外缘安装阻尼环是一种有效减振方法。针对工程中阻尼环设计时缺乏有效便捷的设计方法问题,基于能量法建立了航空齿轮节径型振动下阻尼环的等效参数模型。在给定模态振型下,将阻尼环的影响效果简化为依赖于齿轮振幅(振动应力)的等效阻尼、等效刚度和等效质量,实现了齿轮-阻尼环系统幅频响应快速求解。以某航空齿轮为例,分析了激励载荷、摩擦系数、转速以及结构固有阻尼对强迫响应的影响,结合许用振动应力进行了阻尼环优化设计。结果表明:阻尼环减振效果与振动应力具有强非线性,在本文给定的激励载荷及100 MPa许用振动应力下,阻尼环质量比不应大于5%,最佳摩擦系数为0.1,设计得当的阻尼环能够降低50%以上的振动应力。

尾流激振情况下叶片强迫响应瞬态分析方法

对叶片强迫响应问题,提出应用瞬态分析的方法,针对转子叶片在前排静子叶片尾流激振情况下的位移和应力进行预估.流场进行全场三维非定常求解,将三维非定常气动力引入转子叶片有限元结构计算中,对尾流激振情况下叶片强迫响应问题进行瞬态分析,比较了不同转速下叶片的强迫响应,得到响应位移及应力变化的分析结果.采用叶片强迫响应瞬态分析方法,从流场的求解到结构响应的求解均应用成熟的通用软件,为工程应用该方法进行尾流激振情况下叶片振动应力预估及阻尼的研究提供了一个可行的方法.

复合材料身管强迫响应分析

为了评价复合材料身管动态特性,在模态分析和阻尼分析的基础上,采用模态叠加动力学有限元计算方法,对复合材料身管的强迫响应特性进行分析,计算获得复合材料身管的炮口振动情况,并与相同口径的金属身管炮口响应情况进行比较。结果表明,复合材料身管炮口响应小于金属身管炮口响应,复合材料身管具有更好的动态特性。

正压大气中基态定常波对强迫响应的影响

本文利用正压涡度方程模式研究了热带不同经度位置异常强迫激发的中纬响应类型与北半球冬季基本气流定常波结构的关系。发现对热带印度洋和太平洋的大部分地区,中纬的响应类型主要由基态定常波的结构决定,并且基态定常波通过向扰动转换动能维持了中纬的响应。通过这些结果解释了GCM研究中发现的中综异常响应类型对El Nino成熟期海表面温度异常位置变化的不敏感性。此外还讨论了观测和GCM中出现的热带印度洋——太平洋地区低频尺度上的纬向偶极强迫源对GCM响应结果的作用。

正压大气中热带强迫响应和冬季基本气流的相互作用

本文使用简单的正压模式,研究了热带强迫响应和冬季基本气流的相互作用。发现热带强迫响应能够明显改变基本气流的稳定性,并通过改变不稳定正规模的结构对强迫响应本身产生影响。最后讨论了大气环流年际变化的可能机制。

机电集成静电谐波微型传动系统的Casimir力和强迫响应

提出一种机电集成静电谐波微型传动系统。随着传动尺寸的减小,分子力的影响变大,应该予以考虑。本文给出了同时考虑静电力和Casimir力时机电集成静电谐波微型传动系统对于电压扰动的强迫响应方程。运用该方程,研究了Casimir力对系统强迫响应的影响规律。结果表明:Casimir力对于系统强迫响应具有重要影响,随着柔轮与定子间初始间隙的减小和电压的增大,Casimir力对系统强迫响应的影响变大。研究结果对于该种传动系统的进一步小型化具有指导意义。

涡轮增压器涡轮脉冲进气强迫响应特性研究

本文针对涡轮在实际工作中的脉冲进气现象,采用有限元方法研究了该条件下涡轮转子叶片的强迫振动特性。研究结果表明:脉冲进气条件下的涡轮转子叶片的振动模态主要对应低阶模态振型;转子在不同激励下产生的谐共振点分布范围较宽;在涡轮进气脉冲周期内,转子叶片的振动响应变化与进口脉冲压力变化相对应,出现规律性的周期振荡。

经圈环流在大气对SSTA强迫响应中的作用

本文建立了一个包括经向 Hadley 环流作用的简单半谱模式并从1982年欧洲中心的客观分析资料中得到全球纬向平均场。经一系列数值实验发现,当 SSTA 处于赤道地区时,由它强迫产生的波动可以同时向南北半球传播。但若考虑经向 Hadley 环流(?)的作用,波传播的空间位相和振幅就有比较明显的变化,并更接近于实际大气环流异常情况。当非绝热加热源位于偏离赤道的南北半球时,实验结果表明,如果不考虑 Hadley 环流,南北半球的非绝热加热很难在另一半球产生强的大气响应;考虑了 Hadley 环流后,则非绝热加热产生的波动可向另一半球传播。数值实验结果还表明,夏季当非绝热加热源的位置改变时,大气对其改变的响应不明显,而冬季大气对非绝热加热源的纬向位置的响应却非常敏感。

基于非线性谐波法评估压气机转静干涉诱发的强迫响应

针对压气机转静干涉诱发的强迫响应问题,对某型风扇试验件进口可变弯度导向叶片进行流固耦合数值模拟。基于NUMECA的非线性谐波法,求解在后排转子势流作用下可调导叶的非定常流场,从而获得谐波压力,并对其作用在前排可调导叶相应模态下的强迫响应进行了计算,与试验验证结果吻合。结果表明:基于非线性谐波法的流场计算以及强迫响应分析,为工程应用建立了转静干涉诱发强迫振动响应的数值评估方法。

基于模态的驾驶室强迫响应分析

发动机运行时产生的振动是驾驶室振动和结构噪声的重要来源。对某车型驾驶室进行了建模和模态分析,在此基础上模拟某工况下发动机对驾驶室造成的振动,对驾驶室进行强迫响应分析。通过分析,给出了驾驶室各个区域的速度响应;确认了最大速度响应的数值、所在区域及频率,得到了声学分析所需的边界条件,为后续减振降噪研究提供了基础。

转子叶片气弹稳定性与强迫响应分析

针对由叶轮机械转子叶片流致振动引起的叶片高循环疲劳失效的突出问题,采用数值模拟方法对叶片流致振动特性进行预测分析。常见的流致振动问题包括气弹稳定性和强迫响应,分别以压气机和高压涡轮转子叶片为例给出了气弹稳定性和强迫振动响应的分析方法及其流程。对于压气机叶片,采用能量法和特征值法进行了气弹稳定性计算。结果表明:气弹稳定性结果相互吻合,在高阶模态下的气动阻尼比在低阶模态下的更小,根据振型特征确定危险点位于叶尖近前缘和近尾缘部位,在该部位可能导致叶片掉角, 对于高压涡轮叶片,分析了其强迫振动响应特征。结果表明:叶片非定常气动激励主要来源于上游导叶,在设计状态下其频率距离转子叶片第5阶模态频率较近,并对危险模态阶次的共振应力进行分析,在0.14%阻尼下振动应力最大可达134 MPa。

高斯路谱激励下车辆非线性响应峭度研究

高斯路谱被广泛用于表征路面不平度,该激励下的车辆响应常被认为服从高斯分布。然而,当高斯路谱激励的幅值较大时,受非线性悬架影响,车辆响应常常呈现超高斯特性。本文首先构建高斯路谱和四分之一车辆非线性模型,在此基础上提出基于数字滤波器的车辆非线性响应计算方法,最后通过研究不同幅值的路谱激励下的车辆响应,揭示车辆非线性参数对响应峭度的影响。研究结果表明,路谱激励的幅值越大,车辆的非线性响应占总响应的比例越大,即车辆的非线性特性更容易被激发;此外,车辆响应加速度的峭度也随着路谱激励幅值的增大而增大,即车辆响应呈现明显的非高斯特性。本文的研究结果为车辆非线性悬架参数的优化设计提供理论参考。

“暖池”表层对大气局地强迫的响应特征

利用湍流动能（TKE）垂直混合模式和TOGA－COARE加强观测期的观测资料，对“暖池”上混合层的垂直混合过程进行数值试验和数值模拟，分析表层温度、盐度的变化特征。结果表明：TKE模式可以较好地模拟上混合层，尤其是表层温度、盐度对大气局地强迫的响应；太阳辐射是热源，感热、潜热通量等会造成“暖地”上混合层的温度降低，“暖池”对大气释放热量；降水有利于“淡水盖”形成和维持，从而使层结稳定，SST升高。但在气温低于海温时降水可使SST下降；风应力的垂直混合作用能使SST降低，但也会因造成海洋向大气输送热量减少而使SST上升。正是由于这几种局地强迫与SST相互作用形成一个负反馈系统，使“暖池”表层温盐具有季节内振荡的特性。

复杂时变激励下失谐叶盘瞬态强迫响应分析

提出一种高效的失谐叶盘瞬态强迫响应分析方法,不同于传统的数值积分方法,该方法推导出瞬态强迫响应的解析表达式,能更为高效地预测失谐叶盘的瞬态强迫响应。首先,对叶盘的高保真有限元模型进行减缩建模,在精确地描述叶盘结构的动力学特性的前提下,极大的减少了模型的自由度数目。其次,模拟加速旋转的涡轮叶盘经过复杂流场时叶片表面上的气动载荷,并建立叶盘固有频率和振型随转速变化的数学函数;通过共振分析确定叶盘共振的转速区间并分析引起共振的激励阶次成分。最后,计算了不同旋转加速度和阻尼下叶盘的瞬态强迫响应,并对叶盘的失谐幅值放大因子进行研究。应用本办法对某86个叶片的涡轮叶盘进行了数值分析,结果表明,相同阻尼水平下,叶盘的瞬态强迫响应幅值随旋转加速度增加而降低,失谐幅值放大因子在瞬态条件下大于稳态条件下,最高可达30%。

不同边界条件下旋转薄壁短圆柱壳的强迫振动响应计算

为计算不同边界条件下旋转薄壁短圆柱壳的强迫振动响应特性,在总结前人所提出的两端简支边界条件下旋转有限长圆柱壳自由振动和谐波激励响应计算方法基础上,基于梁函数法,在位移函数的轴向引入含有不同边界条件特征的模态函数,从而得以求解。基于Love壳体理论,利用Harnilton原理建立了旋转薄壁短圆柱壳的振动微分方程,并利用Galerkin法进行离散简化为常微分方程。以简谐激励为例给出了一种以广义坐标形式表示的响应求解方法,由此求解出不同边界约束的旋转薄壁短圆柱壳的响应问题。通过试验对所提出响应计算方法的正确性进行了验证。

春季青藏高原感热通量对不同海区海温强迫的响应及其对我国东部降水的影响

本文利用在青藏高原适用性较好的ERA-interim地表感热通量资料,研究了1981-2010年青藏高原春季地表感热通量的年际变率与前期不同海区海温强迫的联系,以及这种联系对我国东部降水可能造成的影响。结果表明,春季青藏高原地表感热通量的年际变化有两个主要的模态,分别与前期太平洋以及印度洋海温有密切联系。与冬季ENSO事件相应的赤道中东太平洋海温强迫可以激发一个向极向西的波列,通过改变青藏高原南侧的环流和降水异常,形成一个纬向偶极型分布的高原感热第一模态,其对应的时间序列主要表现为准5a的振荡,与ENSO事件的周期较为吻合;而春季印度洋的三极型海温分布可以强迫出一个跨越南北半球的波列,使青藏高原主体表现为东风异常,减弱背景西风,从而形成一个青藏高原主体与周围反相关的回字形感热第二模态,其主要呈现5~7a的振荡周期。ENSO事件以及印度洋海温分布分别与青藏高原春季感热两个主模态相联系,并且冬春季海温与高原春季感热主模态对我国东部春季降水有协同影响,对于我国北方降水异常而言,高原的贡献相对海洋更重要。

非线性系统周期强迫不平衡响应的稳定性分析

多自由度强非线性系统是工程实际中经常遇见的一类模型，利用非线性动力学分析中的 打靶法求解该类系统的周期解，并对Ｆｌｏｑｕｅｔ主导特征值判断周期解的失稳方式，利用该方法 对旋转机械中的一个具体模型。双盘悬臂柔性转子一非同心型挤压油膜阻尼器（ＳＦＤ）系统周 期强迫不平衡响应的稳定性和分岔行为进行了分析．分析表明，在该系统中存在着第二Ｈｏｐｆ 分岔、倍周期分岔、鞍一结分岔三种分岔形式．

电厂直接空冷系统风机桥强迫振动响应测试研究

为掌握直接空冷风机系统在不同运行工况下风机桥的振动加速度响应情况,以及加速度频谱特性,制作了空冷系统风机桥1∶1试验模型.对风机桥进行真实扰力加载,运用振动测试设备对风机桥各测点的加速度时程和加速度频谱进行了测定.经过分析得出加速度最大值,以及沿桥架的分布规律,并对加速度频谱进行了深入分析,确定出风机桥振动的主要频率成份.最后得出结论,以供工程设计参考.

考虑气动阻尼的失调叶盘强迫响应分析

基于与影响系数法相结合的基础失调模型(FMM)分析多种人为失调在叠加随机失调前、后的强迫响应。采用有限元和计算流体力学方法分别计算得到协调叶盘的模态和气动力影响系数,构建考虑气动阻尼的基础失调模型。通过求解矩阵特征值得到失调叶盘的模态频率、振型和阻尼比,进而采用模态叠加法得到失调叶盘在行波激励下的强迫响应。结果表明:失调叶盘的强迫响应在考虑气动阻尼后明显减小。以交替失调叶盘为例,在适当范围内增大失调量可以减小强迫响应,该模型的相邻叶片频率差宜取6%,对应失调量为4.32。此外,增大间隔一个叶片的相邻叶片频率差有利于进一步减小强迫响应。