轴向预紧作用下的组合转子轴系模态特性研究

组合转子轴系结构是空天动力装备中发动机转子系统的主要结构,由于轴系中各部件接触面的存在使得转子系统动力学特性难以准确掌握,当涉及转子工作转速裕度时会产生一定的设计风险。针对组合转子轴系单主轴多部件轴向预紧结构特点,考虑转子不同接触面之间非线性连接参数,提出一种综合利用薄层单元和零长单元建模的两步模型修正方法,采用基于响应面优化的静态结构非线性分析以及基于随机统计学模型的粗糙表面接触分析进行薄层单元材料参数以及零长单元接触刚度系数识别,建立组合转子轴系动力学模型。根据某型发动机氢涡轮泵转子结构特点设计制造转子试件,对其自由模态进行试验研究,得到了不同螺纹预紧状态以及轴向预紧作用对组合转子轴系前两阶模态特性的影响。对比试验数据可知所提模型优化方法可以很好地反映出不同轴向预紧作用下组合转子轴系前两阶模态频率的变化趋势,在转子模态参数线性变化范围内计算误差小于1%,验证了该方法的正确性和有效性,为组合转子轴系精细化建模提供了参考依据。

车辆自适应巡航控制的内秉模态特性

为分析车辆自适应巡航控制下的跟驰状态对驾乘舒适性的影响,基于刺激-反应类线性跟驰模型,分别模拟跟驰车在微尺度避撞工况、微尺度扰动工况和全球统一轻型车辆测试循环(world light vehicle test cycle, WLTC)工况的速度-时间图像,采用经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)和快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)相结合的时频分析方法提取跟驰车的内秉模态特性,分析低频下不同驾驶工况对驾乘人员舒适性的影响。结果表明:不同驾驶工况的内秉模态频率不同,频率越小,车辆的振幅越大;相较于微尺度避撞工况和扰动工况,WLTC工况的内秉模态频率带宽分布较宽,幅值较高,波动能量较大;WLTC工况下,频率小于0.10 Hz的超低频区的内秉模态幅值较高,人体恶心程度较严重,对运动病的贡献较大。

考虑频率模态特性的虚拟同步机惯量与阻尼分析和控制设计

随着新能源渗透率的不断提高,系统调频资源不足且分布不均特性明显,节点频率响应之间差异大.设备的调频控制设计不仅需要考虑系统频率响应中的全局分量,也需要考虑非全局分量.为此,提出兼顾频率多模态分量的虚拟同步机惯量与阻尼设计方法.首先,分析了虚拟惯量与阻尼控制对不同频率模态分量的影响;其次,利用调频统一结构模型,揭示了高阶调频动态对不同频率分量可表现不同惯量与阻尼的特性,进而基于此特性提出多模态惯量和阻尼控制设计方法;最后,仿真验证了提出的多模态调频控制策略的有效性,可同时改善多频率分量响应特性.

船舶发电机组实验平台的模态特性

为提升船舶发电机组整机模态分析的效率,获得其动力学特性,在最小二乘复频域(PolyMAX)算法的基础上,提出了船舶发电机组整机的三维模型和计算模型,分别运用有限元分析软件和锤击实验进行计算模态和实验模态分析,得到船舶发电机组前6阶的固有频率和振型。结果表明,建立的有限元模型满足精度要求,其薄弱环节为发电机外壳、电动机外壳和轴系;类似发电机组整机的这种大型设备同样可以通过有限元方法获得其动力学特性。机组的一阶模态频率与激励的二倍频率相近,针对发生共振的情况,提出合理加装加强筋、肋板及增加机脚约束方式的改进方法和减振措施。

随动推力作用下细长体结构振动模态特性及稳定性分析

引入随动推力横向分量的细长体结构的振动模态特性与稳定性进行对比分析。分析结果表明:随动推力轴向分量作为保守力,引起细长体结构轴向刚度的削弱;随动推力横向分量为非保守力,使系统的动力学失稳临界值高于静态屈曲的临界值。在失稳临界点,细长体结构的1、2阶频率重合,说明随动推力横向分量引起细长体结构模态间的刚度耦合。因此,对于弯曲振动明显的细长体结构,随动推力横向分量的影响不可忽略。

基于三维网格模型的火箭模态特性预示

针对商业航天快速响应火箭型号,要求飞行可靠性高、准备周期短及发射成本低等,本文提出基于三维网格模型的模态特性仿真分析方法,首先对箭体进行精细化建模,对各单机、管路等结构件进行简化处理,由于预紧力作用下的螺栓连接,应力呈现出较强局部特性,所以对舱段连接采用等效刚度建模的方法,最终选择各舱段主体结构材料杨氏模量和舱段连接刚度作为待修正参数,基于灵敏度分析技术,修正箭体动力学模型,并基于该模型对其他箭体模态特性进行高精度预示,助力飞行试验的成功。

基于结构优化的商用车驾驶室模态特性改进

建立了某重型商用车驾驶室的有限元模型,进行了计算模态分析,并对驾驶室结构进行了拓扑优化。根据优化的结果,提出了3种改进方法,并通过比较,选用增添加强板的改进方案。然后对新增的加强板厚度进行尺寸优化。最终的结果表明,结构优化后,驾驶室1阶模态频率由17.952Hz提高到了22.200Hz,弯曲刚度和扭转刚度也都有改善。

5MW风力机叶片模态特性分析

为了研究叶片铺层和主梁形式对大型自适应叶片动态特性的影响,利用Ansys软件建立了5MW风力机叶片的有限元模型.对不同梁帽铺层角度和主梁形式的叶片进行了模态分析,给出了各模型的前十阶固有频率和振型,分析了叶片梁帽铺层角度、主梁形式和转速对风力机叶片固有频率的影响.结果表明:叶片梁帽铺层角度和叶片主梁形式对固有频率具有重要影响;在叶片的弯扭耦合设计过程中,要考虑设计参数对叶片模态特性的影响,以避免叶片发生振动性能失效.

刚度随机失谐叶盘结构概率模态特性分析

基于典型叶盘结构的集中参数模型和Monte Carlo数值计算,分析了刚度随机失谐叶盘结构的概率固有特性.给出了叶盘结构的扇区两自由度集中参数模型,计算并说明了其基本频率结构特性,根据叶盘结构模态振动物理背景,提出了一个定量表征模态振型局部化程度的指标-模态局部化因子,分别计算了不同随机刚度失谐叶盘结构固有频率和模态振型局部化的统计特性,讨论了失谐因素的影响规律等.研究表明,叶片和耦合刚度的失谐影响的频率区间有着明显的不同,并在其影响频段内模态局部化因子会出现"突变"的现象.

一类刚-柔耦合系统的模态特性与实验研究

本文从理论和实验两方面研究了由中心刚体和柔性梁组成的刚柔耦合系统的模态特性 ,结果表明该系统的模态与静止情况下的结构动力学模态存在较大差异 ,系统的模态频率与刚体 Hub和柔性梁的转动惯量比值有一定关系 ,这为研究这类刚柔耦合系统的动力学与控制问题提供了一些有益的参考。

振动筛筛箱模态特性分析及动强度校核

在总结工程经验,综合分析振动筛系统的基础上,采用三维软件建立了振动筛筛箱的参数化有限元模型,并讨论了建模中的问题。对振动筛筛箱进行模态分析,获得了筛箱前14阶固有频率和对应的主振型。对振动筛筛箱进行谐响应分析,确定了筛箱各结点处位移、动应力分布规律。根据仿真结果,进行了振动筛筛箱的动刚度及动强度校核。结果表明,所建立的有限元模型能较好反映筛箱的实际结构特点,可以满足应力分析的要求。由模态分析看出,筛箱固有频率和工作频率不重合,因此在工作中不会产生共振。由谐响应分析得出,动刚度及动强度满足设计要求。本研究为振动筛的大型化、重型化设计提供了理论依据。

NGW型行星轮系模态特性及参数敏感性研究

基于结构动力学固有特性计算原理,对NGW型两级行星轮系的模态特性及参数敏感性进行研究。利用集中质量法建立系统弯-扭-轴耦合的三维振动系统动力学数学模型,基于行星轮系啮合相位分析结果,确定各齿轮时变啮合刚度。研究NGW型行星轮系中单级及两级行星轮系耦合模型的模态特性,总结出行星轮扭转振动模式、全振动模式等典型振型。分析了时变刚度、行星轮与太阳轮支撑刚度以及质量等参数对系统固有频率影响规律。研究结果为NGW型行星轮系的动态特性优化设计提供理论依据。

Timoshenko简支梁的振动模态特性精确解

应用模态摄动法求解Timoshenko梁的振动模态特性 .应用这一方法可将Timoshenko梁无阻尼自由振动方程的求解过程加以简化 ,转化成一非线性代数方程组的求解 .对两端简支的Timoshenko梁 ,得到了精确理论解 ,在此基础上 ,对比了两端简支的Timoshenko梁、Euler梁及纯剪切梁的模态特性及其影响因素 。

考虑高温影响的实心壁板式弹翼模态特性分析

给出考虑温度影响的弹翼模态特性有限元分析的一般理论 ,采用I DEAS软件对常温情况和考虑温度情况下某试验弹翼的模态特性进行有限元分析 ,并进行了常温下弹翼的模态试验。研究表明 ,温度对弹翼模态特性具有较大影响 ,其主要表现形式是使其固有频率下降 。

预应力对核安全壳结构模态特性及抗震性能的影响

目的研究预应力对核安全壳结构的模态频率、振型周期以及内力、位移分布情况的影响,确定最不利内力、位移分布模式,验证核安全壳结构的抗震稳定性.方法基于有限元分析软件ANSYS进行了核安全壳在自重、自重与预应力共同作用两种工况下的模态特性和抗震性能分析.结果预应力对核安全壳结构的第一、二阶模态频率和振型周期的影响较大,频率影响值为3.35 Hz时,振型周期减小0.1 s.基底输入南京地震波激励时,自重与预应力共同作用下结构最大主应力为343.529 k Pa,发生在筒壁与底板交接处,预应力承担结构最大主应力值的31.21%.基底最大剪力为21786 k N,预应力承担最大剪力的31.63%;结构顶点最大侧移减少1.43 mm.结论研究结果与核安全壳的预应力系统设计理念一致,能为核安全壳的极限承载力分析、概念设计和安全评估等提供参考.

劲性支撑穹顶结构模态特性参数分析

模态特性分析是结构动力特性分析的基础。选用杆元和索元建立有限元模型,采用分块Lanczos模态方法,分析了劲性支撑穹顶结构不同荷载工况下结构的模态特性,讨论了初始预应力、杆件截面面积及高度、跨度、矢高、荷载等参数对结构自振频率的影响。算例分析表明:劲性支撑穹顶结构自振频率较小且分布密集,出现大小相近或相同的频率对及相互对称的振型;环向等分数和杆件截面面积对劲性支撑穹顶结构的自振频率影响较小;荷载作用使结构的自振频率变小;预应力、跨度及矢高对自振频率影响较大,应在结构设计阶段给予充分考虑。

弯扭耦合层合板模态特性数值模拟与试验研究

通过不同位置采用对称偏轴铺设纤维实现层合板的弯扭耦合,利用模态试验和有限元数值模拟研究弯扭耦合层合板的振动模态特性。采用单点拾振的方法采集层合板振动数据,分析其固有频率和振型参数,研究不同耦合区域层合悬臂板的模态节线位置,并且与有限元模拟结果进行对比。提出采用模态置信因子(MAC)定量描述层合板的弯扭耦合性能的方法,实现了采用模态特性研究层合板的弯扭耦合效应。结果表明,层合板的耦合效应,在低阶模态时中部耦合板显著,而高阶模态时端部耦合板显著。

索网结构振动模态特性分析

采用子空间迭代法,结合2个工程实例,对索网结构的自振特性进行了计算分析,研究了一般索网结构的频率分布特性以及钢索应力刚度、结构质量和矢跨比等结构参数对自振特性的影响.此外,还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响,考虑位形修正进行了模态分析.研究结果表明,索网结构振型密集,影响其自振特性的主要结构参数是索网的初始张力和索网屋面的分布质量.

弹性中厚板模态特性的近似计算方法

文中介绍了求解中厚板振动模态特性的一个近似方法一模态摄动法。这一方法是在薄板模态子空间内实施，最后将复杂的偏微分方程的求解转化为一个代数方程组的求解。对于四过简支板，得到一个十分简单的计算公式。文中还对剪切变形和转动惯量以及剪切折合系数对四过简支厚板固有频率的影响进行了分析。算例表明，这一方法简单且具有较好的精度。

起动电机模态特性试验分析

针对汽车厂提出的起动电机在发动机整机振动激励下不能出现共振的要求,分别利用振动台正弦激振和力锤冲击激振,对该型起动电机进行了振动模态特性试验分析,求得起动电机在安装状态下最低固有频率为528.31Hz,满足固有频率高于整机振动激励频率2.5倍的要求。起动电机在实车状态下的振动测试表明,在该发动机转速范围内,发动机的整机振动不会激起起动电机的共振。配置了上述发动机和起动电机的轿车,已大批量上市约两年,起动电机至今也未发生因异常振动导致的故障。