螺栓联接结构模态频率有限元计算的简化方法

螺栓联接是机械结构中广泛采用的联接形式,而螺栓预紧力是影响螺栓连接结构的模态频率值的主要因素。通过对经典螺栓理论进行研究,提出了一种模拟螺栓预紧力的简化方法,并使用有限元软件对简化前后的螺栓联接结构进行了模态分析。研究表明,该方法模拟螺栓联接预紧力所得的模态频率的结果与模态试验结果吻合较好,并且与简化前螺栓联接结构的有限元计算结果有很好的一致性,并且计算速度有很大提高。表明所提出的方法可行,能满足工程要求,具有一定的应用价值。     

法向接触刚度对螺栓连接结构振动模态的影响研究

从理论上研究了影响法向接触刚度的主要因素,导出了其计算公式;基于Ansys Workbench软件螺栓预紧力模块,利用优化接触面间的法向刚度因子方法,对螺栓连接结构进行了模态分析;最后对计算结果与模态试验结果进行比较分析。研究表明:模态参数的有限元计算结果与试验结果吻合较好。     

航空发动机联接结构振动特性研究进展

概述了航空发动机不同联接结构的研究情况,重点针对螺栓联接结构动力学建模(包括对方形联接件和法兰结构的动力学建模)、刚度计算方法、接触非线性、应力应变机械特性和试验研究情况,以及螺栓联接结构在转子系统中的应用展开详细论述,分析了螺栓联接结构对旋转状态和动力学响应的影响,并对多螺栓装配体结构装配性能研究进行论述。提出应建立完备的螺栓联接动力学特性研究理论,开展螺栓联接结构与其相应的装配体整体结构、螺栓联接动刚度和螺栓联接装配对结构动力学特性影响的深入研究。     

考虑螺栓联接的转子系统振动特性分析

针对航空发动机转子振动问题,开展了螺栓法兰联接结构对转子固有特性及不平衡响应的研究。基于有限单元法,结合转子有限元模型及螺栓法兰联接结构的力学模型,建立了考虑螺栓法兰联接的转子动力学模型。基于Newmark-β法求解转子不平衡响应及固有特性,并利用ANSYS仿真软件对结果进行了仿真验证,得到了联接结构刚度对转子固有特性的影响规律。研究结果表明:转子第1阶固有频率对螺栓法兰结构的轴向刚度变化较为敏感;第2阶固有频率对螺栓法兰结构的径向刚度变化较为敏感;第3阶固有频率则对螺栓法兰结构的2种刚度变化均较为敏感;并且转子处的联接刚度会对转子的不平衡响应有一定抑制作用。     

机匣横向安装边螺栓联接结构应力分析

航空发动机机匣多采用安装边螺栓联接结构。为了准确模拟安装边螺栓联接结构对航空发动机机匣的影响,本文利用ANSYS Workbench有限元软件对安装边螺栓联接结构进行仿真计算,应用有限元软件中的预紧力施加模块模拟螺栓的预紧力。通过选择一组不同预紧力大小进行计算,得到预紧力与安装边螺栓联接结构处等效应力及应力强度的关系曲线;通过有限元计算,获得安装边厚度、安装边高度及螺栓位置对安装边螺栓联接结构应力的影响规律,为机匣螺栓联接结构设计提供了参考依据。     

带预紧力螺栓连接的机匣刚度分析

为了很好的模拟螺栓连接对发动机机匣刚性的影响,利用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真计算,利用轴向力模拟了螺栓的预紧力,通过一系列不同的螺栓预紧力的计算,得到了机匣弯曲刚度与螺栓预紧力的关系曲线,并分析了螺栓连接对发动机机匣刚性的影响,为复杂结构中的螺栓连接简化提供了可靠的依据。     

亚声速气流激励下旋转叶片的饱和渗透现象

研究了在1∶2内共振条件下,压气机叶片在亚声速气流作用下的非线性耦合振动响应。利用涡格法得到了三维绕流压气机叶片的横向气动载荷。采用Chebyshev-Ritz法获得旋转叶片的第一阶扭转模态和第二阶弯曲模态的模态函数,并将计算出的前三阶频率并与有限元计算结果进行对比。利用Galerkin法对系统的偏微分方程进行截断,得到扭转模态与弯曲模态的两自由度常微分方程。通过对存在线性刚度项耦合的系统进行了求解,得到了系统存在的两种可能的解支,并对其进行稳定分析。通过对系统两阶模态间能量传递的分析,计算了当调谐参数为σ=0,σ1≠0以及调谐参数为σ=0,σ1=0时系统扭转模态与弯曲模态的力-幅曲线,分析了模态幅值间的饱和行为和能量传递的现象,当外激励调谐参数σ1=0时,扭转模态幅值的跳跃现象消失。同时分析了不同参数对力-频、幅-频特性的影响。     

止口螺栓连接结构非线性刚度机理分析及数值仿真

以高速转子的止口螺栓连接结构为研究对象,从结构不同阶段的应力-应变分析和有限元数值仿真两方面研究其拉伸刚度和弯曲刚度的非线性特征及其形成机理,重点讨论了止口对连接结构非线性刚度的影响,获得了关键参数对连接刚度的影响规律,在此之上,定量分析了止口螺栓连接刚度损失对某高压转子振动特性的影响。结果表明:止口螺栓连接结构受拉时具有3种变形状态,拉伸刚度呈现分段非线性特征。弯曲刚度具有“倒S”形非线性变化规律,非线性拉伸刚度和拉压区域面积变化是其产生的内在原因。止口紧度对弯曲刚度影响较为明显,转速则影响较小。止口螺栓连接刚度损失对弯曲型和俯仰型临界转速存在一定影响,而对平动型临界转速影响极小。     

螺栓预紧力对转子动力特性影响的研究

螺栓联接是转子的一种重要联接形式,螺栓预紧力的大小对转子结构的动力学特性有很大影响。首先根据转子螺栓联接结构的工作范围,确定合理的螺栓预紧力的数值。然后,通过Compbell图方法分析螺栓预紧力对转子临界转速数值的影响。最终通过瞬态动力学的方法验证了Compbell图方法计算的正确性。     

基于遗传算法的复合材料结构材料参数识别

结合有限元方法和遗传算法进行复合材料结构材料参数识别。材料的弯曲模态频率由有限元方法得到,用遗传算法优化材料参数使计算得出的前五阶弯曲模态频率与结构振动实验测得的频率在最小二乘意义上差别最小。算例表明,用此方法通过结构振动实验和计算就能较为准确地得到复合材料结构的材料性能参数。     

机身刚度对双体飞机颤振的影响规律分析

针对某双体飞机颤振特性复杂的问题,本文采用片条理论修正后的偶极子网格方法,建立了双体飞机非定常气动力模型,同时基于地面振动试验建立了不同机身刚度双体飞机等效梁模型。通过有限元方法,分析了机身刚度对双体飞机结构动力学的影响,同时通过求解耦合得到的频域方程,探究了机身刚度对双体飞机颤振的影响规律。研究结果表明,机身截面垂向刚度对机身一阶垂直对称弯曲模态、机身一阶垂直反对称弯曲模态与平尾滚转模态频率影响较大。机身截面垂向刚度降低到原设计刚度67%时,机身反对称弯曲模态对平尾扭转效应增强,机身一阶垂直反对称弯曲模态、平尾滚转模态与平尾一阶垂直反对称弯曲模态耦合,双体飞机在269.34 m/s时发生颤振,颤振频率为37.2 Hz。     

基于有限元的螺栓连接参数化建模技术研究

为有效解决机械结构中众多螺栓连接力学特性的模拟问题,研究了基于有限元的螺栓连接不同刚度特性的参数化建模方法,形成了具有一定指导意义的参数化建模理论。基于两个典型实例研究,螺栓连接的参数化有限元模型固有频率计算值与试验值误差很小,都在5%以内,充分验证了螺栓连接参数化建模理论和建模方法的准确性和有效性。成功应用于现代高推重比涡扇发动机系统中,计算结果表明,参数化模型计算值与目标值的固有频率误差均在1%以内,且两种模型振型基本一致,模态置信度准则(MAC)值均接近于1,有效模拟了转、静子中关键螺栓连接结构的力学特性。     

静子叶片内环结构对机匣动力特性的影响

根据某型航空发动机高压压气机的实际结构进行有限元分析,着重地考虑内环结构的计算模型与常规无内环结构计算模型固有频率的差异。通过比较计算结果明显看出内环结构对机匣弯曲刚度具有明显的加强作用,振动模态对应的固有频率明显增高。由此可以断定以往在计算静子系统动力特性时忽略内环结构或是只考虑内环的等效质量是不合理的。采用本文提出的考虑叶片内环的计算模型才能获得正确的机匣动力特性。     

带关节轴承的波纹管式功率分出轴模态计算方法

通过锤击法对带关节轴承的波纹管型功率分出轴进行了固有频率测试,对关节轴承结构采取一般静力学接触建模的方法,对功率分出轴进行了模态计算。通过对比,发现误差较大,这是由于ANSYS在进行非线性模态分析时忽略了关节轴承的刚度。提出采用弹簧单元来模拟关节轴承刚度特性的方法,通过计算发现,功率分出轴的固有频率直接与关节轴承刚度呈线性关系,当取弹簧单元的等效刚度为8.5×105N/m时,仿真计算结果与试验结果一致,说明该方法可以较好地模拟带关节轴承波纹管联轴器的模态特性。     

大口径光学元件检测平台的模态分析及其实验研究

针对大口径光学元件检测平台,利用ANSYS软件建立其有限元模型并进行模态仿真,获得前6阶固有频率与振型,并通过模态试验分析获得频域内传递函数。计算模态分析与试验模态分析结果基本一致,表明模型建立正确可靠。以建立的有限元模型为基础,选取气浮支撑刚度及柔性铰链结构参数作为变量,进行模态仿真,研究其对平台固有频率的影响。结果表明,气浮支撑刚度对平台整体固有频率影响小于1.5%,柔性铰链簧片厚度对其影响大于20%,可通过选择合理厚度改善平台的动态特性。     

回转工作台五轴联动机床有限元结构分析

对回转工作台五轴联动机床建立参数化的二维三维有限元混合网格模型,部件接触面间采用弹性连接单元模拟约束关系,对整机进行静力学、动力学结构计算.通过静力和模态分析找到机床的最低刚度方向,并以此为手段反复对机床结构进行刚度加强,最终使机床的静态变形和模态频率满足零件的加工精度要求.     

薄壁机匣螺栓连接结构多目标优化设计

为增大薄壁机匣安装边螺栓连接结构强度、减小其振动和重量,以满足现代航空发动机更高性能的要求,对机匣结构参数进行了优化设计。选取安装边高度、安装边厚度、机匣厚度和螺栓个数为参数变量,结构质量、一阶固有频率和最大等效应力为目标函数,根据Box-Behnken方法设计的样本点和有限元计算结果建立二阶响应面模型,基于层次分析获取权系数,并利用遗传算法对机匣结构进行多目标优化设计。最后,针对优化后的结构进行模态试验和有限元验证。研究表明,模态试验结果与有限元计算误差小于6%,同时优化显著提高了一阶固有频率,使其结构质量和最大等效应力分别降低5.28%和13.64%,验证了本文提出的优化方法的有效性和可行性。     

失调参数对T尾结构振动模态局部化的影响

对飞机T尾结构振动模态的局部化现象和频率曲线转向现象进行了研究。根据峰值振幅比,改进了局部化度的定义。根据平尾刚度和垂尾刚度对T尾结构固有频率的影响,定义了T尾结构的耦合度。分析了T尾结构中平尾的失调质量、失调刚度及失调位置参数对T尾结构模态局部化度、模态频率和模态振型的影响。结果表明,失调参数是通过仅改变两支相关模态中的某一支模态固有频率来实现频率曲线转向,进而引起模态局部化现象的。平尾发生质量失调时,质量较大一侧的振幅大于质量较小一侧的振幅;发生刚度失调时,刚度较小一侧的振幅大于刚度较大一侧的振幅。在平尾翼尖处进行质量失调设计或在平尾翼根处进行刚度失调设计,更有利于实现T尾结构的模态局部化。     

复合材料臂杆刚度性能研究

为获得大型复合材料臂杆刚度特性用于结构动力学仿真,采用有限元建模和试验测试两种方法,分别得到试验件一阶模态频率与弯曲及扭转刚度。分析结果与试验结果并不吻合,对产品刚度降低原因进行了分析,不良成型工艺和纤维打断对复合材料产品的刚度特性有着较大的影响。     

充气展开反射面天线动态特性试验研究

充气展开反射面天线的结构动力学参数,可用于预测天线在外界激励下的动态响应、调整空中姿态和振动主动控制等。采用试验模态方法对反射面天线进行试验研究,分析了充气展开后反射面天线在地面环境下的动态特性参数。通过增大力锤锤头面积和提高激励点局部刚度来激发柔性天线结构全局振动,分组移动和对称分布加速度传感器来减小测试系统的附加质量影响。结果表明:天线在充气环内压力15 kPa时的整体弯曲振动基频为2.86 Hz,同时获得天线整体振动的前三阶固有频率、模态阻尼比和模态振型等参数,测试结果可为有限元模型验证和在轨动态响应预报提供基础。