大型发电机定子绕组端部振动故障原因分析及端部振型模态试验的运用

新昌电厂2台QFSN-660-2-22型发电机在投产不到2年时间,均先后出现端部线棒松动磨损的情况,因在机组等级检修时及时发现并立即进行了修复处理,未造成重大设备损害事故。在此过程中总结了一些端部动态特性试验在发电机定子绕组端部振动故障检测中的运用经验。

深水钻井隔水管横向振动振型分析

为了分析深水钻井隔水管的横向振动固有频率和振型,综合考虑深水隔水管受到的顶部张紧力、海洋环境载荷、钻井平台漂移等作用力,借助微元法建立受力分析模型。根据连续梁理论和隔水管单元的动力学微分方程,确定其无阻尼自然振动基本方程,并进一步剖析建立隔水管横向振动固有频率微分方程和模态振型基本方程,然后进行数值求解。使用控制变量法逐步分析隔水管长度、张力比、自身材质对隔水管固有频率的影响和变化规律。通过MATLAB软件表现出不同阶数的振动振型,结果表明:控制张力比、合理选择隔水管类型能够有效提高固有频率,避免与波流力形成共振,进而保证深水钻井作业安全。此外,隔水管的振型并不是标准正弦曲线,振型会受时间的影响不断变化。

基于应变模态振型的复合材料梁结构损伤位置辨识

针对悬臂式复合材料结构健康监测需求,研究了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器与应变模态振型的结构损伤位置辨识技术。借助有限元仿真方法,建立了悬臂式复合材料梁结构力学模型。通过数值仿真,得到应变模态振型对于该类型结构局部损伤位置的响应特征。在此基础上,分别提出了基于应变模态振型变化差值和应变模态振型变化率的2种损伤位置辨识方法。根据数值仿真结果,验证了基于上述2种指标进行损伤定位的可行性。采用FBG传感器,构建了基于应变模态振型的悬臂式复合材料梁结构损伤监测系统,实现针对模拟损伤位置的辨识。

基于模态振型的载荷转换计算方法

在航空领域,将翼面载荷准确施加到结构有限元模型上是有限元响应计算的必要步骤之一,但计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)得到的气动载荷通常无法直接施加至有限元模型。目前翼面载荷的转换计算方法依然存在计算效率不高的问题。由于翼面载荷分布具有连续、光滑的特点,理论上可用合理的基函数加权叠加进行拟合。本文试用模态振型作为基函数拟合载荷,先针对气动与结构两种网格构建同一翼面的两个结构模型,这两个结构模型理论上具有相同的模态。再用气动网格构建的翼面模型的模态振型作为基函数,并基于模态截断理论近似拟合CFD端的翼面载荷,得到拟合函数的权系数。最后,利用该权系数并根据结构网格构建的翼面模型的模态振型,拟合得到气动性能计算和有限元法(finite element method,FEM)端的翼面载荷。通过一个算例进行计算验证,以合力与压心来评价载荷转换的精度,结果表明,此法具有较高的计算精度与速度。

基于模态振型的自由阻尼层厚度分布优化

阻尼材料的敷设位置和敷设厚度分布对结构减振效果有较大影响,针对阻尼材料敷设厚度分布优化问题,提出了一种基于模态振型的阻尼层敷设厚度分布优化方法。该方法用一组模态振型线性组合来定义阻尼层厚度分布函数,将模态参与因子作为设计变量来优化阻尼层厚度分布。研究了给定阻尼材料下自由阻尼层厚度分布优化问题,数值算例表明,与均匀敷设阻尼相比,阻尼层敷设厚度分布优化后的结构能更有效地抑制结构振动,提高阻尼材料的利用率。

应变模态振型获取的一种简便方法

根据应变模态分析原理,定义了一个新的应变模态振型系数,提出了基于应变响应获取结构应变模态振型的一种简便方法,并通过简支梁实验进行了验证。研究结果表明,采用该方法无需测量位移模态,仅需采用单点激励,用电阻应变计测量结构上各测点的应变响应信息,即可获得被测结构应变模态振型,大大简化了应变模态在工程结构损伤识别中的实验检测分析过程。

基于激光旋转扫描的约束态薄壁圆柱壳模态振型测试新方法

针对传统采用实验模态分析理论辨识模态振型测试效率低的问题,提出基于单点激光旋转扫描的测试约束态圆柱壳模态振型新方法。在明确基本测试原理基础上组建激光旋转扫描测试圆柱壳模态振型实验系统,提出基于激光旋转扫描测试约束态模态振型试验流程,并对判定圆柱壳共振及由响应数据获得圆柱壳模态振型等关键技术进行详述。通过实例验证结果表明,该方法可快速准确获得薄壁圆柱壳的模态振型、极大提高空间测试分辨率、高效测试圆柱壳结构各点振动响应,具有一定工程应用价值。

基于附加质量的试验模态振型质量归一化

针对桥梁结构试验模态振型的质量归一化,探讨了基于附加质量的试验模态振型质量归一化法,给出它的4种方法。以通扬运河大桥和张家港河大桥的有限元模型为对象,对4种方法计算质量归一化因子的精度,以及质量块的数量和质量、传感器数量、模态振型误差、质量块质量的误差对精度的影响进行了仿真研究。仿真结果说明了基于附加质量的试验模态振型质量归一化法的可行性和可靠性,在实际工程应用中可实现桥梁各阶试验模态振型较高精度的质量归一化。

基于快速独立分量分析的模态振型识别方法研究

快速、准确地识别出结构的模态参数,特别是结构的振型是结构损伤精确识别与健康监测的重要前提。大多的模态参数识别时域方法都是从曲线拟合的角度或解算特征值的过程来实现。振型向量通过求解各阶模态的留数获得,这些方法依赖于模态频率与模态阻尼的识别。本文提出一种模态振型的直接提取方法,该方法基于快速独立分量分析技术,以模态响应之间的独立性构造目标函数,通过优化目标函数寻求振型向量的最优解,直接从结构自由响应或脉冲响应的数据矩阵中提取结构的振型向量。三自由度数值算例表明该方法有效,具有很高的识别精度且对测量噪声具有很好的鲁棒性。

基于模态振型的固定结合面动态特性参数测试

为了准确获取机械固定结合面动态特性参数(动刚度和阻尼系数),提出了将所测固定结合面最弱的结合面分离的原则,建立了基于单自由度振动系统且消除了基础位移的固定结合面动态特性参数测试模型。在测试模型上完成了测试系统的设计与开发,并结合模态振型与频响函数曲线对结合面固有频率进行识别。最后对该测试系统进行了测试,从系统振型、频响函数曲线等方面验证了测试系统的正确性。该文结果为固定结合面动态特性参数测试提供了一种准确可靠的方法。

基于模态振型分析的大型汽轮机低压转子高速动平衡方法

针对目前传统影响系数法难以平衡某些大型汽轮机低压转子的难题,提出一种基于模态振型分析的大型柔性转子高速动平衡方法。在分析汽轮机转子系统结构的基础上,综合考虑了动平衡机摆架轴承座的动力特性,采用基于有限元的转子轴承动力学分析商业软件DyRoBeS建立了转子-轴承-摆架系统模型,分析转子系统临界转速和振型,从而根据转子的模态振型,结合柔性转子影响系数平衡法要点,设计合理的平衡工艺,有针对性的选择平衡校正面和平衡转速点,采取逐阶次平衡的方法,实现这类大型特殊柔性转子的动平衡。最后以哈汽产的66万千瓦大型汽轮机低压转子高速动平衡试验为例,应用结果表明采用该方法能有效平衡大型柔性转子,且减少了起机次数,节省了平衡费用。

基于曲率模态振型进行梁式桥损伤识别研究

以刚架桥为具体研究对象,根据曲率模态振型,对刚架桥的损伤识别进行数值仿真研究。利用刚架桥损伤前后的曲率模态振型变化对刚架桥的损伤进行定位识别,探讨曲率模态振型用于刚架桥在不同损伤情况,以及不同损伤程度下的损伤识别诊断能力。数值仿真结果表明,曲率模态振型是梁式桥结构损伤识别的敏感标示量,可以对刚架桥的损伤进行识别。

多自由度系统模态振型创新型教学实验的设计与实现

目前工科类高等院校的振动教学实验中仅安排了单自由度系统的振动实验，对于物理空间的多自由度系统振动实验实现起来较为困难。文章从振动理论分析出发，以一个三自由度系统为例，介绍了多自由度系统主振型实验的设计与实现。通过理论分析与实验结果的对比，表明了实验方案的合理性与可行性。该实验已被列入我校创新型工程力学课程的教学实验，在教学实践中收到了良好的效果。

基于模态振型形状优化的结构声辐射控制

针对复杂结构形状难以参数化的问题,建立基于有限元网格的参数化形状优化模型,提出一种基于模态振型的结构形状优化方法以控制结构声辐射功率。该方法通过有限元法计算结构的振动特性,然后采用瑞利积分进行结构的声辐射分析,在此基础上,用一组模态振型绝对值线性组合定义修改区域的形状优化函数,以每阶模态振型贡献因子为设计变量,通过改变模态振型贡献因子来优化结构的形状,达到降低结构声辐射功率的目的。研究简谐激励力下的结构声辐射优化,以结构声辐射分析频率带内的辐射声功率均值为设计目标,结构有限元结构坐标的最大变动值及模态频率为设计约束,利用序列二次规划算法进行优化求解。以几何平板和复杂曲面为数值算例,研究结果表明该方法可以有效控制结构声辐射。

模态振型拟合薄镜面变形分析

波前重构是主动光学的关键技术之一,分析了薄镜面的自由谐振模态振型的特点,以其为底基函数,拟合了薄镜面主镜的变形。首先,用有限元方法给出了主镜的前10阶模态振型图,把它们的RMS值归一化为1 000 nm,对比分析了主镜模态振型和Zernike多项式在圆域内的径向变特点。利用模态振型在环域内的正交性和完备性,采用最小二乘法拟合主镜变形,并与环域内的Zernike多项式拟合结果做了对比。分析结果表明,自由模式可以拟合波前变形,采用相同项数拟合主镜变形时,模态振型拟合主镜变形可以获得更小的残余误差。

对称结构模态振型的Zernike矩描述方法

讨论了利用Zernike矩描述对称结构模态振型的方法,通过对结构的模态振型数据进行Zernike矩变换,将其分解成一系列Zernike矩的线性组合,而每一个Zernike矩反映模态振型的一部分形状特征。不同特征矩的线性组合,可以代表各阶模态的振型。在此基础上进一步提出了确定Zernike多项式最高阶数的方法,并讨论了Zernike矩描述对称结构模态振型的方法及其去噪声的能力。通过对简单圆盘结构的仿真实例研究,验证了应用Zernike矩描述对称结构模态振型的优越性。结果表明:利用Zernike矩描述对称结构的模态振型可以更有效地描述对称结构的模态,包括重模态,同时还能有效地消除测试数据中噪声的影响,对进一步实现对称结构有限元模型修正和模型确认具有重要的应用价值。

基于模态振型叠加的结构振动形状优化研究

采用结构模态振型来定义结构的形状优化参数模型,以一组结构模态振型的叠加来重构结构表面形状,以结构振动响应为目标函数,采用遗传算法优化配置各阶模态振型的参与因子来优化结构形状,以达到降低结构振动响应水平的目的.以几何平板、半圆柱曲面为研究对象,计算结果表明该方法可以有效降低结构振动响应水平.

基于曲率模态振型的刚架结构损伤检测

结构损伤前后动力特性的变化来快速、直接、方便地判定损伤的存在、程度及位置.本文采用曲率模态对刚架结构的损伤检测进行了研究.首先用有限元法计算出结构的位移模态振型,然后用差分法计算出曲率模态振型.数值模拟结果表明:曲率模态振型对结构的损伤敏感,可同时确定结构损伤的存在、程度和位置,并且可以用于结构多位置损伤的检测.实验结果证实了数值模拟结论.

复杂结构试验模态振型高效识别方法研究

结构模态振型的精确识别是复杂结构动力修改的基础。文中以发动机缸体作为研究对象,通过结构模态仿真识别与试验识别结果的相关性研究,验证了结构模态参数识别结果的有效性。在此基础上提出了以试验模态振型矢量为虚拟位移激励,基于结构有限元分析模型进行静力分析计算,将其静力学变形矢量等效为结构模态振型矢量的一种模态扩展分析方法,与传统试验模态振型识别方法相比,识别效率有较大改善。

基于三维有限元的火箭模态振型斜率预示方法研究

振型斜率火箭是姿控系统设计的重要参数,对飞行任务的可靠性与安全性有着至关重要的作用。依据全箭动特性的测量原理及参数定义,结合三维有限元建模方法和模型修正技术,全面考虑了速率陀螺、惯组安装位置处的局部刚度对振型和振型斜率的影响,建立了基于局部细节精细化建模的全箭模态振型斜率预示方法,并总结了3种不同的振型斜率提取方法,提高了振型斜率的预示精度。同时提供了三维模型振型一维化的方法,解决了使用三维有限元模型计算弹性运动方程式系数的难题。