Influence of Axial Loads to Propagation Characteristics of the Elastic Wave in a Non-Uniform Shaft

The vibration propagates through the shaft in the form of elastic waves. The propagation characteristics of the elastic waves are a ected by the axial loads. The influence of the axial loads to the propagation characteristics of the elastic waves is studied in this paper. Firstly, the transfer matrix of the elastic waves for the non-uniform shaft with axial loads is deduced by combining the transfer matrix without axial load and the additional equation caused by the axial load. And then, a numerical method is used to study the influence of the axial load, non-uniformity and the rotating speed to the propagation characteristics of the elastic waves. It’s found that a new Stop Band will appear due to the axial force, and the central frequency of which will decrease as the increase of the force, while the band width of which remains the same. The central frequency of the new Stop Band will also increase as the increase of the cross-section area ratio;however, the rotating speed of the shaft doesn’t a ect the propagation characteristics of the elastic waves obviously. Finally, an experimental rig is built up for further study, even though there are some small local errors, the results of experiments match well with the numerical ones, which indicates the validation of the theoretical results. The result can help to study the influence of the axial load to the dynamics of a non-uniform shaft and help to reveal the vibration propagating mechanism in such a shaft.

阻尼减振技术在推进轴系试验中的应用分析

推进器转子的激励力会通过轴系及艇体产生辐射噪声。阻尼减振是系统振动控制与优化中的一种重要手段,其本质是消耗振源传递的能量,进而降低结构振动响应。搭建轴系试验台架,以轴系振动加速度总值级为评价指标,分析加装颗粒阻尼吸振器和换装具有黏弹特性的高锰基合金材料基座的减振效果。试验结果表明这两种基于阻尼的减振方案对推进轴系均有一定的减振效果,可为推进器振动噪声控制提供技术支撑。

高速地铁隧道洞口及风井对压力波的影响研究

研究目的:地铁车辆由明线高速驶入隧道洞口和经过中间风井时,由于断面突变引起车厢内部压力剧烈波动,导致乘客不舒适,为解决该问题,本文使用三维可压缩黏性流体N-S方程和RNG k-ε两方程模型,研究不同中间风井位置和采取不同形式洞口缓冲结构工况对地铁隧道的空气动力学效应的影响。研究结论:(1)中间风井位置的不合理设置会导致膨胀波叠加使车厢内压力梯度不满足要求,可根据列车长度、列车运行速度等因素计算出中间风井的合理位置;(2)隧道洞口采取断面扩大型和喇叭型缓冲结构分别能使车厢表面压力梯度最大值下降29.3%和38.2%;(3)按照现行标准中人体舒适性的考核指标进行评价,140 km/h高速磁浮列车系统隧道口缓冲结构缓压段的长度设置为2倍的隧道断面水力直径更合理;(4)本文研究可以为优化高速地铁列车驶入隧道洞口时的气动效应问题提供参考。

极限载况下的船舶艉轴变形安全状态评估

针对船舶设计建造阶段轴系校中计算不能完全覆盖实际运营极限工况的问题,以某半潜船极限载况实船航行为例,利用直接计算法得到波浪中航行时的船体变形,提出一种实船航行艉轴变形安全评估方法。该方法基于设计波法确定船体波浪载荷,利用全船有限元计算船体艉轴变形,依据规范采用轴系校中的方法评估艉轴安全,并通过船舶装载手册验证数据的可靠性,是一种有效完整的艉轴变形安全模拟评估方法。

基于准分布式光纤光栅传感器的机翼盒段载荷监测

以某型飞机机翼盒段为研究对象,建立了盒段试件的有限元模型,分析外载荷和应变分布之间关系。采用波分复用形式构建了分布式光纤Bragg光栅传感网络测量盒段试件的应变,设计了网络中光纤传感器的排布方式,在此基础上研究了传感网络的温度补偿方法。运用波长监测方法对盒段结构承受的不同载荷进行了实验研究。结果表明,传感器的波长偏移与载荷成线性关系,斜率由于加载点位置的变化而不同。传感器的最大载荷监测灵敏度达3.09 pm/N。

船舶推进轴系抗冲击动力学建模与仿真

本文基于ANSYS环境提出一种船舶推进轴系动力学仿真方法,并首次探讨了主机在轴系动力学仿真中的影响。文中从模态分析和瞬态动力学分析两个方面入手,比较了带主机轴系模型与不带主机轴系模型在动力学分析中的差异。并通过一个工程实例,验证了该方法的适用性。

高速地铁隧道内扩大段和通风竖井对压力波的影响研究

随着城际轨道交通列车速度的提高,针对城际轨道交通区间隧道出现的空气动力学问题以及在地铁隧道入口段不易设置缓解设施的特点,文章对区间隧道段内设置扩大段＋通风竖井组合式缓解设施来改变高速地铁隧道内瞬变压力的作用进行研究,阐述了高速地铁列车经过扩大段＋通风竖井时压力变化的三维可压缩、粘性、非定常流场数值模拟过程。研究结果表明：隧道内扩大段的存在一定程度上能够降低隧道内压力波及其压力梯度的大小。扩大段的位置尽可能布置在隧道入口段100~150 m处,能够有效降低压缩波的波前压力梯度及峰值。扩大段的长度变化对改变隧道内的压力变化影响较小,分析认为将扩大段的长度控制在列车长度比较合适,约为200~250 m;增大扩大段隧道的断面积可以有效地缓解隧道内的压力及压力梯度;扩大段＋通风竖井的存在可以进一步加快降低隧道内压力及压力梯度,并且通风竖井的位置布置在靠近隧道入口方向的扩大段内10~15 m。

波浪状态下的螺旋桨水动力性能实验研究(英文)

为了分析波浪状态下的螺旋桨水动力性能,文章采用试验的方法对某型桨在某规则波条件下不同沉深时的水动力性能进行了系统的研究。主要研究了静水中不同沉深对螺旋桨推力系数、转矩系数以及效率的影响。对波浪中不同桨轴沉深下的螺旋桨定常与非定常特性也都进行了研究。对螺旋桨的吸气现象、飞车现象进行了详细讨论,同时对波浪中螺旋桨的非定常特性进行了分析。

摩擦激励下螺旋桨推进轴系自激振动特性分析

水润滑轴承摩擦诱导的螺旋桨推进轴系振动是造成舰艇艉部高频振动噪声的重要诱因。针对摩擦诱导的螺旋桨推进轴系非线性自激振动特性进行研究。基于拉格朗日方程和模态叠加方法建立摩擦激励下螺旋桨推进轴系的非线性动力学方程,轴承—轴颈的动摩擦特性采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型进行描述,同时考虑非线性摩擦、扭转振动和横向振动的耦合作用。运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代相结合的方法求解系统非线性动力学响应。分析结果表明,在摩擦激励自激振动作用下系统动力学特性均被激发,系统的弯扭耦合振动特性易诱发螺旋桨推进轴系产生摩擦自激振动现象。

波浪载荷对船舶推进轴系的影响

针对用二维方法分析波浪对推进轴系影响时,只能计算纵向弯曲变形,且精度不高的问题,通过对某散货船进行三维有限元建模,基于PATRAN命令语言(PCL)进行编程,计算作用于船体有限元的波浪压力,并进行自动加载分析.在不同海况下,计算船体变形情况,分析了推进轴系处船体的相对变位及其对轴承负荷的影响.结果表明:在4级及4级以下海况时,波浪对轴线处船体变位影响较小;波浪对轴线处船体变位影响随海况增加而增加,在8级海况以上时,轴线处船体变位最大值超过4 mm,将对推进轴系各轴承负荷造成巨大影响;在航向角为30°时,3个方向的相对变位都有所增加.

摩擦力作用下推进轴系弯—扭耦合振动特性分析

推进轴系的艉轴承负荷受螺旋桨、轴系对中等因素影响,不合理设计或安装可能导致轴承润滑不良,使轴颈与橡胶轴承间容易存在"粘着—滑动"状态,进而导致轴系的弯曲、扭转振动异常。通过简化的推进轴系模型,从机理上分析轴系在艉部橡胶轴承摩擦力作用下的弯-扭耦合振动特性及其主要影响因素,为识别轴系异常振动和噪声提供参考。

轴系的回旋运动对船舶噪声的影响

船舶的螺旋桨和推进轴组成的轴系在航行时将产生回旋运动。当回旋运动的角频率与轴系的弯曲振动的固有频率吻合时,能产生高能量的噪声辐射。依据工程实例阐述并证实了这一现象。最后,据此对船舶轴系的设计提出一些参考建议。

用于轴系校中的船体变形计算研究

船体变形是影响船舶推进轴系校中质量的一个非常重要的动态因素.在综合考虑引起船体变形的三种主要因素的基础上,以76000t成品油轮为例,计算了极限装载状态下的重力分布和极限海况时的波浪载荷.通过对整船有限元模型合理施加重力、浮力及环境温度载荷,并模拟船舶水弹性约束,得到船体二层底的局部变形,为在轴系校中计算中计入船体变形的影响奠定了基础.

水电站尾水位波动对机组稳定运行的影响

水利枢纽泄洪消能对水电站尾水洞出口水位的扰动为设计和运行提出了新问题.利用水工模型试验的尾水位波动测试结果作为边界条件,采用水电站过渡过程的分析方法进行数值仿真模拟,探讨了枢纽泄洪造成的水电站尾水位波动对机组稳定运行的影响.

复杂分支轴系扭转振动分析的研究进展

复杂分支轴系的扭转振动分析方法具有重要意义。然而,复杂分支轴系扭转振动的分析方法与分析直支链式轴系扭转振动的方法有很大不同。针对复杂分支轴系的特点,国内外进行了较多的研究,提出许多处理复杂分支轴系的自由和强迫扭转振动问题的新模型和计算方法。在本文中,对这些进展进行综述并对将来的研究方向进行了讨论。

阶梯轴中扭转弹性波主动控制研究

从一维扭转波动理论入手，就阶梯轴中变截面界面上扭转弹性波 的反射和透射关系建立起了各轴段的扭转振动响应的数学表达式。并基于位移响应为目标控 制函数，对二次源、误差传感器的布置位置进行了优化设计。从理论上模拟了主动控制效果 。并对一个一级阶梯轴进行了弹性波主动控制的试验研究。结果表明，对于复杂的阶梯轴形 式，采用简单的单一控制源和单一误差传感器的控制形式就能取得良好的控制效果。

隧道竖井对车体压力的作用机理及影响因素分析

采用数值模拟方法,对有无竖井条件下列车高速通过隧道时车体压力的变化过程进行模拟,研究竖井对车体压力的作用机理,基于车体压力变化幅值对竖井面积、数量和列车速度等因素进行分析。结果表明,设置竖井后隧道内的压力波及其传播体系以竖井为界分为前后2个不同的阶段,列车在不同阶段内行驶时车体压力独立地遵循各自的变化规律。减小竖井面积和增加竖井数量均有助于降低车体压力的变化幅度,当竖井面积小于0.5倍隧道有效断面面积时,竖井可有效降低车体压力的变化幅度;增加竖井数量虽然能降低车体压力,但会增多车体压力的变化次数;竖井对车头的降压效果最为显著,其次为车中和车尾;对于不同的列车速度,竖井对车体都有一定的降压作用,且竖井的降压效果随着列车速度的提高而增强。

气垫船推进轴系纵向振动计算及试验研究

结合某气垫船推进轴系特点,建立纵振计算当量模型,采用Holzer法开展自由振动计算,获得纵振固有频率和振型;基于能量平衡原理进行受迫振动计算,预报该轴系在螺旋桨叶片次及2倍次激振力作用下的纵振振幅、应力等特性;开展实船纵向振动测试,测试与计算结果较为吻合,为后续气垫船推进轴系纵向振动研究提供依据。

套管中泄漏弯曲型Lamb波的传播特征

低阻抗水泥固井质量检测是油气田生产亟需解决的问题。套管中传播的最低阶泄漏弯曲型Lamb波(以下简称为A0弯曲型Lamb波)对套管后介质尤其是低阻抗水泥的声学参数和胶结状况具有很高的敏感性。通过建立多层介质模型,从理论上计算了其频散和衰减与套管后介质属性及水泥环第Ⅰ界面胶结状况的关系,并数值模拟了有限尺寸定向辐射探头激发和接收的全波波形。结果表明,在套管后耦合慢速水泥时,A0弯曲型Lamb波的频散曲线存在断点,曲线分为两个分支;A0弯曲型Lamb波的衰减在套管后耦合慢速水泥时最大并且对水泥环第Ⅰ界面胶结差时流体环厚度有很高的灵敏度,利用其衰减可以实现对套管后介质类型、水泥环第Ⅰ界面胶结状况及窜槽厚度的有效判别。

轴承支撑特性对轴系稳定性影响

对滑动轴承型式试验台转子—轴承系统进行建模仿真计算,改变所采用的滑动轴承型式,研究主要常用滑动轴承对转子―轴承系统稳定性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下转子—轴承系统的对数衰减率,以此为判据分析轴系稳定性,通过对比分析,给出主要轴承参数对轴系稳定性的随主要轴承参数的变化规律。