双功能梯度石墨烯片增强金属-陶瓷基圆柱壳的行波振动分析

采用Halpin-Tsai微观力学模型和传递矩阵方法,开展了旋转态双功能梯度石墨烯片增强复合材料圆柱壳体的行波振动特性研究。描述了金属-陶瓷功能梯度基体和5种石墨烯片分布模式的材料属性,基于Love壳理论和传递矩阵方法,考虑转速影响推导了任一截面状态向量的常微分方程和整体传递矩阵关系。以固支-自由(悬臂)边界条件为主,对动力学微分方程进行求解计算,验证了分析方法的合理性。结果表明:低阶模态以轴向半波数为1和周向模态的振动为主,转速引起的科氏力使行波曲线出现分离现象;行波频率随着石墨烯质量分数的增加而增大,分布模式对振型顺序的影响较小,基体体积分数指数对振动特性的影响较大,而石墨烯片层数对振动特性的影响很小,不同倍频激励对共振特性的影响不同。

5种规格金刚石圆锯片的行波振动分析及优化

为降低金刚石圆锯片在石材切割时产生的锯切噪声,选取常规锯片、打孔锯片、切缝锯片以及在基体上开鼻型径向槽、开孔与夹层的5种典型金刚石圆锯片,利用Workbench软件对其模态、行波振动进行分析,研究其对行波振动的影响。结果表明:直径为180和230 mm的常规锯片出现行波共振,产生强烈噪声;直径为105、115和350 mm的常规锯片不出现行波共振。直径为180和230 mm的切缝锯片δ值偏大,有效避开了行波共振;直径为115和350 mm的切缝锯片δ值偏小,其降噪效果差;而直径为105 mm的夹层锯片δ值偏大,降噪效果好。5种直径锯片采用开鼻形径向槽、雨滴孔和阻尼夹层的设计方案,其δ值分别为8.13%、7.21%、6.01%、6.39%和7.00%,可进一步避开行波共振,其降噪效果更好。

大型金刚石薄壁钻头行波振动分析及优化

针对大型金刚石薄壁钻头在钻切中出现的振动和噪声问题,用Ansys Workbench有限元软件对无开孔、开孔、开孔且夹层和安装定位轮的薄壁钻头进行模态分析,进一步用行波振动理论计算薄壁钻头共振裕度δ,分析避开行波共振的效果,研究开孔、夹层对行波振动的影响。结果表明:钻切转速为187.32 r/min时,无开孔薄壁钻头的共振裕度δ为0,出现后行波共振;在无开孔薄壁钻头出现后行波共振固有模态变形大的区域开8组圆孔(每组3个)和8个S形孔,薄壁钻头的共振裕度δ为5.18%,避开行波共振效果良好;开孔且夹层的薄壁钻头的共振裕度δ为6.11%,避开行波共振效果最好。为提高孔的加工精度,在薄壁钻头周围安装定位轮,分析定位轮数对行波振动的影响,发现安装6个和12个定位轮的薄壁钻头的共振裕度δ分别为4.59%和4.79%,避开行波共振效果好。比较2~12个定位轮薄壁钻头的共振裕度δ,而且考虑安装方便,最后确定最佳安装定位轮数为6个。

电驱减速箱齿轮行波振动问题研究

电驱减速箱为达到更高的功率密度,其工作转速以及承受的扭矩也不断提高,从而使电驱减速箱的振动问题越来越复杂。齿轮作为电驱减速箱的核心部件同样面临着复杂的振动问题。本文通过对某型电驱减速箱振动问题进行分析,得到了齿轮行波振动对减速箱振动噪声水平的影响情况,同时给出了可行的减振方法。结果显示,通过修改齿轮辐板结构,可以有效避免由于齿轮行波振动给减速箱带来的振动和噪声。

基于Galerkin法的旋转薄壁圆柱壳非线性行波振动的数值分析

应用Donnell’s简化壳理论,在考虑阻尼和几何非线性的情况下,基于Galerkin方法,对旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的非线性行波振动进行了数值分析。在研究过程中,首先,考虑阻尼并引入几何非线性项,建立薄壁圆柱壳的非线性波动方程,然后,采用Galerkin方法对波动方程进行转换,选取不同的模态组合,得到相应模态坐标下的非线性微分方程,最后用Runge?Kutta法进行数值计算并对圆柱壳的非线性波动振动特性进行了分析。结果表明,几何非线性使圆柱壳呈现明显的硬特性,其硬特性随激振力幅值的增大而得到加强,共振区存在多值性,多模态分析表明,轴向二阶模态对主模态影响较大,计算时宜采用两个轴向模态。

转动薄壁圆柱壳行波振动响应分析

考虑由转动引起的科氏力、离心惯性力及环向初应力影响,利用Hamilton原理,建立了基于Sanders壳体理论的转动薄壁圆柱壳振动微分方程。选取满足相应边界条件的轴向梁函数近似地表达各类边界条件下圆柱壳的轴向振型分布。在此基础上,提出了一种适用于求解各种边界约束的转动薄壁圆柱壳行波振动响应的方法。基于此方法,分别针对静坐标系下横向简谐力和恒力作用下的两端固支转动薄壁圆柱壳的行波振动响应进行了求解,并对结果进行了相应分析。

航空发动机风扇机匣行波振动的分析方法

本文提出对风扇机匣应进行行波振动分析 ,作出频率响应曲线 ,进行限幅设计。在分析过程中 ,根据结构特点给出了模型的简化方法 ,采取周期对称模型 ,并根据周期对称的理论结合激振力的特点给出了旋转脉动激励在周期对称模块中的施加方法。

转动壳体行波振动的有限元分析方法

转动壳体由于离心力与哥氏力的影响 ,其振动频率随转速变化 ,并且同一振型对应两个不同频率的前、后行波。本文给出了用有限元法计算转动壳体的有限元公式 ,用 MSC/ NASTRAN的 DMAP语言编制了形成哥氏力矩阵与离心刚度矩阵的程序 。

高速旋转薄壁壳体的行波振动理论与实验研究

利用壳体振动理论建立一般旋转壳体的振动方程,并通过传递矩阵法进行数值求解。在动、静坐标系下分析了壳体长径比、厚径比及其边界条件对行波振动特性的影响,在高速旋转实验台上对旋转壳体采用冲击激励的方法进行动模态参数识别。理论和实验结果表明,高速旋转薄壁壳由于科氏力的影响,同一模态振型对应两个不同频率的前、后行波且不会出现驻波现象。壳体几何尺寸的变化对模态振型有较大的影响,而边界约束的不同对低阶模态参数有影响。

旋转脉动激励下壳体的行波振动

本文分析了旋转脉动激励作用下壳体行波共振的条件,并结合数值分析说明了在周波数不变的旋转脉动激励的作用下,壳体行波共振频率的分布特点。最后还分析了阻尼对行波共振的影响。

涡轮机轴流叶轮盘行波振动研究

本文对涡轮机中轴流叶轮盘的激振源 ,特别是行波振动诱发的轴向力、力的性质、对振动的影响等作了分析。指出行波振动会诱发轴向力 ,此力对压气机和涡轮盘的前行波振动起阻尼作用 ,而对后行波则是自激力。涡轮机中轮盘上经常受到沿圆周分布不均的不变力作用 ,激起驻波振动 ,振动诱发的轴向力又激起盘的自激振动 ,如无足够阻尼则导致失稳 ,造成轮盘破裂事故。不仅是共振 。

基于平均法的旋转薄壁圆柱壳非线性行波振动研究

应用Donnell’s简化壳理论,在考虑阻尼和几何非线性的情况下,基于平均法对旋转的薄壁悬臂圆柱壳在法向激振力作用下的非线性行波振动进行了研究。在分析过程中,首先,引入考虑阻尼及几何非线性的薄壁圆柱壳非线性波动方程,进行降阶处理后,得到模态坐标下的振动方程;其次,对模态方程进行平均化处理,确定转换矩阵,进行变量的幅值相角化,从而得到自治的标准化方程组;最后,由系统谐波共振周期解对应平均方程稳态解的原理,得到幅频特性方程。根据上述所得结果,进行了系统参数振动及稳定性研究,并进一步将结果与谐波平衡法及数值解作了比较。

叶轮行波振动下的气动阻尼计算

为展开运动边界下离心叶轮流场的数值分析,独立开发了网格变形程序和非定常流动模拟程序,实现了流场中振动离心叶轮的气动阻尼计算。采用紧支径向基函数法进行结构到气动表面变形的数据传递,应用二叉树技术进行壁面距离的计算,大幅提高了网格变形和流场分析中距离搜索的计算效率。通过振动叶栅和径向叶轮的算例,验证了程序应用于运动边界流场计算和叶轮流场模拟的正确性。以半开式叶轮为对象,展开其在行波振动条件下气动阻尼的计算分析。结果表明,叶轮在前、后行波振动下的气动阻尼均为正,后行波振动引起的气动推力和气动阻尼较大,叶轮表面的平均气动功率密度呈现循环对称的分布特征。

行星传动系统柔性齿圈行波振动特性分析

为分析内齿圈在啮合激励作用下的振动特性,在考虑行星轮等各部件平移-扭转微位移的基础上,建立行星轮系动力学模型。计算并提取稳态情况下内齿圈所受啮合激励,根据叠加原理及力的矢量性确定了内齿圈各参与啮合轮齿所受激励情况,分析不同初始条件下内齿圈的固有特性。在对内齿圈动力学方程求解时,首先采用模态变换对动力学方程解耦,然后通过Newmark-β时间积分法计算内齿圈在不同初始条件及不同工况下的振动响应。结果表明:随负载增加的内齿圈振动幅值基本成线性增大,依据行波理论啮合激励更容易激起波数为行星轮数k倍(k=1,2,3,…)的内齿圈振型;内齿圈支撑数量的增加可有效减小齿圈振动幅值,但在第7、第8支撑时出现范围较大的共振转速区,且随着支撑数的增加,2个支撑间逐渐由2阶弯曲变形演变至1阶弯曲变形。

高速行星减速箱膜盘式太阳轮轴行波振动及试验分析

建立高速行星减速箱膜盘式太阳轮轴仿真分析模型,依据太阳轮轴浮动结构设计原理,拟定自由-自由、简支-轴向、简支-固定3种边界工况分析条件,研究其固有频率和行波振动特性,绘制相应的阵型图和Campbell图,并搭建齿轮箱试验台架进行了试验分析。结果显示,夹带有轮齿变形的太阳轮轴主振型与啮合1倍频产生共振时激励力作用力幅最大,2倍频和3倍频次之。轮齿振动形式主要为扭转振动、行波振动和弯曲振动;同时,以膜盘或筒轴为主振型的行波振动与轴高倍频的共振点范畴较广,倍频越大其共振作用影响效果越甚微。试验结果显示,转速增加至工作转速过程中,振动值发生较明显波动后又迅速下降至稳定,表明激振力未能引起系统振动的扩展,对系统稳定性的影响甚小,反映了太阳轮轴几何设计的合理性及适用性。

基于非接触转子振动测试的转子行波分析

在非接触转子振动测试系统中,以离散化傅里叶变换为理论基础,建立了对航空发动机整级转子叶片振动频率的分析方法,得到整级转子叶片在静坐标系下的振动频率,结合相同试验条件下应变计对转子叶片动态频率的测试结果,实现了航空发动机转子的行波振动分析。在某压气机试验中,整级转子叶片在转速12 343 r/min时,静坐标系下的振动频率为1 752.7 Hz,转子坐标系下的振动频率为926.4 Hz,通过对测试结果的分析,得到了压气机转子的4节径前行波振动特性,结合压气机转子振动的坎贝尔图得到频率裕度和转速裕度。

基于Rayleigh-Ritz法旋转薄壁圆盘行波特性分析

采用理论分析、实验测试与有限元仿真3种方法相互结合,分析中心固支条件的旋转薄壁圆盘的行波振动特性。基于Kirchhoff薄板基本假设,利用Lagrange方程,建立中心固支薄壁圆盘的能量方程。采用Rayleigh-Ritz法,利用多项式函数作为容许函数,建立旋转圆盘动力学分析的动力学方程,获得薄壁圆盘静止态固有特性和和旋转态行波特性的分析方法,并利用试验测试、有限元计算结果对本文所提出的解析方法进行验证。分析薄壁圆盘在静止态下的固有特性并对比分析不同旋转速度下旋转薄壁圆盘的行波特性。结果表明:前行波频率随转动速度增加而增加,后行波频率先减小后增加,当后行波频率减小为0时,前行波与后行波相互静止,即出现"驻波"现象,此时圆盘振动很容易引起共振破坏。

动量轮微振动机理及仿真

动量轮是卫星等航天器姿态控制和精度保持的关键机械部件,其微振动严重影响卫星姿态稳定度和成像精度。动量轮的非均匀、非连续几何构形和旋转效应会引起结构系统的参数激励和载荷激励。针对具有非均匀力学特征参数的动量轮结构系统动力学模型,通过分析动力学方程中各矩阵参数的扰动,进行动量轮微振动机理的研究。仿真和试验结果表明:动量轮结构系统内部存在基频和高频激励,其中基频主要来自支点动载荷,高频来自轴承碾压作用;轮缘的局部振动会随转速形成前后行波。

轮盘振动特性试验及共振转速特性分析

采用激光全息干涉法对某型发动机一级压气机盘进行振动试验研究,在0-15 000 Hz频率范围内获得了7个振动模态的静频及振型,并根据试验结果研究该轮盘的行波振动,分析轮盘的共振特性及临界转速。

基于叶尖定时技术分析叶片非整阶次振动

介绍了非接触叶尖定时技术分析航空发动机转子叶片非整阶次振动,通过数值仿真结果与实测结果对比,验证了相关分析方法可有效的分析叶片非整阶次振动。详细介绍了某发动机台架试车转子叶片非整阶次振动测量实例。