带中介轴承的双转子系统振动耦合作用评估

为了评估中介轴承对双转子系统的振动耦合作用,从临界转速位置振型变化、临界转速变化、模态振型与稳态不平衡响应的应变能分布变化、中介轴承受力变化等多角度,阐释双转子耦合振动的表现形式和关联关系,提出了相应的评价指标或评估方法,并以典型燃气涡轮发动机双转子系统为对象,进行了分析评估。结果表明,单转子的模态振型可能在双转子模态振型中表现为3种形式,一一对应出现、重复出现或耦合出现,对应的临界转速及应变能分布也会随之产生相应的变化;中介轴承受力在临界转速位置出现峰值,而应变能分布变化最大的转速位置与系统临界转速位置不一致,同时还受不平衡激励位置影响;各单元应变能占比变化量随转速变化曲线可详细分析特定不平衡激励下系统应变能分布变化情况。所提方法可为双转子-中介轴承系统的设计、故障诊断提供参考。     

考虑卡箍预紧状态的空间管路3维有限元建模

为了准确分析管路系统的振动应力，在合理引入卡箍预紧状态的前提下，提出了一种空间管路3维有限元建模方法，创 建了管路3维实体有限元模型。通过分析上下箍带对管路的夹紧力，确定了模拟卡箍力学特性的弹簧单元刚度值分布规律；卡箍 不同位置处的水平和竖直方向的刚度存在比例关系，且比例关系与位置角和方向有关；给出了用实体单元并引入上述卡箍约束 的有限元建模流程，其中每个卡箍用2个同面并按照节点分布的弹簧组来模拟，真实地反映了管路的几何特征和卡箍的约束状 态，能够适应管路系统动应力求解的需求；搭建了对应模态和谐响应分析的试验装置，并将试验结果和仿真结果进行了对比。结 果表明：相对于管单元，采用考虑卡箍预紧的管路系统3维有限元建模方法得到的固有频率和应力响应结果更贴近实测结果，仿 真计算与实测的振动应力偏差小于20%。     

3R-3URU可展单元机构及其在构架式可展天线中的应用

提出了一种空间单自由度(DOF)可展单元机构3R-3URU。首先,基于螺旋理论和修正的G-K公式分析了RURUR单闭环机构的自由度,建立了该机构中主动关节和被动关节速度之间的解析关系式,基于此关系式和3个RURUR机构共用首尾转动副的结构特点推导了3R-3URU单元机构的自由度,得到了3R-3URU机构具有1个自由度时各运动副的方向和位置满足的几何关系式。其次,将3R-3URU机构应用于3RR-3RRR四面体可展单元及其组成的球面构架式可展天线中,得到了具有收拢和调姿两种自由度的新型可展机构。最后,利用Adams软件对3R-3URU可展单元机构的自由度和其在四面体构架式可展天线中的应用进行了仿真验证。该3R-3URU可展单元机构具有单自由度、铰链种类少、结构简单等优点,可用于曲面构架式可展天线的支撑机构中,实现大折叠比。     

基于ANSYS Workbench的可伸缩机翼的模态分析

<正>气流扰动容易造成机翼的弯曲变形、扭转变形甚至损坏~([1-2])。每一个结构都有其固有频率,为了防止可伸缩飞行汽车发生共振而导致可伸缩机翼变形,因此有必要对可伸缩机翼进行模态分析~([3-4])。进行模态分析有许多好处:可以为结构设计提供指导使其避免共振,或者可以使结构以特定的频率振动~([5])。对可伸缩机翼进行模态分析,可以获得可伸缩机翼在各阶频率下的模态,获得振动频率与应变之间的关系。本文采用ANSYS Workbench对可伸缩     

一类基于四面体组合单元的模块化构架式可展开天线机构

针对现有基于四面体单元的构架式天线机构结构复杂、收拢率低、运动副数量多等问题，基于3RR-3RRR四面体组合单元和基于3RR-3URU四面体对称组合单元分别提出了两种新型模块化可展结构。以3个组合单元组成的模块化结构为分析对象，首先，详细介绍了模块化结构的组成及虎克铰轴线布置，并利用组合单元本身的自由度数目及性质，采用拆杆-等效-复原的思想，应用螺旋理论和G-K公式分别对提出的两种模块化结构进行了自由度分析，得到了自由度数目及性质。其次，应用Adams动力学仿真软件对两种模块化结构进行运动仿真，仿真结果验证了自由度分析的正确性。以完全展开和完全收拢时机构所占的空间体积比值表征该机构的收拢率，计算现有基于四面体单元的非模块化机构与提出的模块化机构的收拢率。最后，对比分析非模块化机构与模块化机构的自由度数目、运动副数目及收拢率。分析结果表明，基于3RR-3URU四面体对称组合单元的模块化结构既能实现较大收拢率，自由度及运动副数目也相对减少，且组成大型天线时杆件类型较少。研究结果为该类模块化构架式可展天线结构的设计与分析提供一定理论依据。     

超燃发动机燃烧模态判别准则初步研究

为建立超燃发动机燃烧模态定量判别准则,针对马赫数3.0,总温1500K,总压2.1MPa的来流,完成了燃烧模态的实验和数值模拟研究。对比分析了不同当量比条件下燃烧室马赫数分布和隔离段激波结构,确定了燃烧模态判别采用的两个压力测点特征位置,研究了燃油增加过程中特征位置壁面压强比值的动态特性。结果表明,随着当量比的增加,燃烧模态由超燃模态转变为亚燃模态,当量比0.6是超燃模态过渡到亚燃模态的转换点。特征位置压比变化率最大时刻的比值1.5可以作为定量判别燃烧模态的依据,当特征位置壁面压强比值小于1.5时为超燃模态,大于1.5时为亚燃模态。     

并联式TBCC单边膨胀组合喷管安装及结构设计研究

针对单边膨胀组合喷管（Single expansion ramp nozzle，SERN）不规则几何结构设计难题，以提高SERN结构刚度、强度为目标，从安装布局方案以及承力结构拓扑优化两个方面开展设计工作，分析了不同位置安装节点对载荷分布、关键位置变形的影响，基于拓扑优化方法，建立了SERN部件级结构概念设计方法和流程，实现了SERN的结构设计。研究结果表明：新增辅助侧拉杆能减小关键位置的变形，同时往左上方移动侧拉杆、右上方移动辅助安装节以及左下方移动主安装节有利于关键位置变形控制和各安装节点载荷的合理分布；优化后的安装方案相比初步安装方案，最大关键位置变形下降了83%，主安装节最大载荷下降了35%，辅助安装节最大载荷下降了55%。设计的SERN结构随TBCC发动机完成了高马赫数模态转换试验，试验后结构状态良好，验证了设计的合理性。     

四棱锥单元平板式可展开收拢机构的

 基于7杆闭环机构提出一种新型四棱锥单元,其可作为一种基本可展机构单元,组合成大型可展机构。利用机构学方法研究,分析了单元机构的自由度、运动学和奇异性,给出了单元组合方法并基于四棱锥单元机构设计了一平板式可展开收拢机构,最后计算了机构的伸缩比。分析结果表明,这种单元机构组合方便简单,组合后的机构自由度为1,便于机构的展开收拢控制。当机构完全展开时,由于其奇异特性,机构有较好的力学性能。利用这种单元可以设计出新型大型可展开收拢机构,在航空航天领域有很好的应用前景。     

某涡喷发动机中介机匣振动模态分析

用多点激振单点拾振的脉冲激励试验模态测试方法，对某涡喷发动机中介机匣的振动特性进行了模态分析，对比了模型机中介机匣与改型机中介机匣的振动模态，试验结果表明模型机中介机匣在结构设计方面存在薄弱环节，其结果为某涡喷发动机结构设计、振动故障分析提供了依据。     

柔性杆系统压电扭转致动器/传感器优化配置研究

 针对空间柔性杆系统的扭转振动问题,提出了一类由柔性杆、电阻应变片传感器、压电扭转致动器组成的柔性杆系统。为了研究此系统的扭转振动,运用拉格朗日方程和假设模态法建立了系统的动力学方程。针对柔性杆系统中压电扭转致动器、传感器的优化配置问题,提出一种基于最小输入能量、最大能量传递、Grammian矩阵最小奇异值最大化的复合优化策略,采用遗传算法对致动器/传感器的位置进行了搜索,找到了最优位置位于柔性杆的根部。进行了数值分析研究,结果表明,与其他位置相比,最优位置最有利于致动器实施控制,同时也最有利于传感器的观测。     

构架式可展天线机构自由度分析——拆杆等效法

针对四面体构架式可展天线机构的多环耦合特性,提出了一种空间多环耦合机构的自由度分析方法——拆杆等效法。首先拆除四面体基本可展单元机构的耦合约束链,将剩余部分视为一个并联机构,然后应用螺旋理论分析各输出节点的自由度数目及性质,进而构造各输出节点与定节点之间的等效串联运动链,最后复原拆除的耦合约束链得到四面体基本可展单元的等效机构,应用修正的G-K公式计算等效机构的自由度数目,并基于反螺旋理论分析等效机构的自由度性质,从而获得四面体基本可展单元的运动特性。根据四面体基本可展单元的等效机构及其组合方式对最小组合单元及大尺寸构架式可展天线机构的结构进行了化简,并根据其几何特征约束方程推导了最小组合单元及大尺寸构架式可展天线机构的自由度。建立了由27个四面体基本可展单元组成的构架式可展天线机构的仿真模型,对该机构的自由度进行了验证,结果表明提出的拆杆等效法求得的自由度正确,为进一步分析此类天线机构的运动学和动力学奠定了基础,同时为其他类型的空间多环耦合机构的自由度分析提供了一种新的思路。     

超声电解复合加工振动系统动力学分析与试验

本文结合超声振动理论,采用ANSYS对变幅杆进行模态分析和谐响应分析,获得共振频率、位移节点和放大系数等重要参数;对超声振动系统中的变幅杆和工具头进行了分析,经试验验证了变幅杆的振幅放大系数及不同变幅杆对加工速度的影响;最后,通过超声复合加工试验,验证了超声电解复合加工的加工效率高、精度高、表面质量更好。超声振动系统是超声电解复合加工装备的关键组成部分,本文结合超声振动理论,采用ANSYS对变幅杆进行模态分析和谐响应分析,获得     

基于Ansys的永磁同步电机转子振动分析

振动是电机的重要指标,对电机转子进行振动分析为其结构改进和性能优化提供理论依据。运用Ansys有限元分析软件对永磁同步电机转子进行模态分析,得到该电机转子振动系统的低阶固有频率和模态振型,分析了电机振动特性。 通过电机转子模态试验,求得电机低阶固有频率,对比仿真与试验结果,验证有限元分析结果的可靠性。由结果分析可知,研究对象在额定转速下未产生共振,验证了其结构设计的合理性。研究内容对永磁同步电机的设计和优化有一定的指导意义。     

复合材料风扇叶片高周疲劳薄弱点位置预测

提出了一种复合材料风扇叶片高周疲劳薄弱点位置预测方法。利用铺层信息文件,在ACP(ANSYS Composite Pre-Post)中通过壳单元法向拉伸建立全尺寸风扇叶片有限元模型,基于ANSYS-Workbench和Tecplot底层函数接口,开发的后处理程序完成铺层叶片有限元数据提取和数据库建立。根据复合材料CLD(constant life diagram)模型,采用薄弱点指标来预测叶片高周疲劳失效的位置。算例结果表明:叶片失效位置高度均不超过整个叶高的40%。1阶弯曲模态、1阶扭转模态、2阶扭转模态最先失效应力为层间正应力,2阶、3阶弯曲模态、弦向弯曲模态最先失效应力为层间切应力。叶片弯曲模态层间正应力薄弱点位于弦向中部;扭转模态振动应力幅值点全部为结构层,S3薄弱点靠近尾缘。压缩平均应力会导致叶片的高周疲劳破坏,具有较小静应力值的区域会成为薄弱点。      

基于动力学分析的发动机测振截面选取

研究了发动机测振截面选择的建模方法和优化算法。确定测振截面选择思路,建立转子-支承-机匣整机模型,计算正常和故障条件下转子动力学特性,并依据总体方案规定的传感器数目,确定测振物理量较大的转子截面或支承位置,完成振动传感器布置方案的初步确定。进一步提出测振方案优化方法,通过对实测数据进行分析,考虑实测信号的信噪比和信息冗余性,确定各测点振动数据有效信息量,判定测振方案是否合理,并选择机载测点。以某型发动机为例,设计监测点布置方案。结果表明:机载测点与该型发动机实际机载传感器测点位置相同,验证了测振方案的建立方法、优化方法和机载传感器选择方法正确可靠。单元敏感度越高,反映转子振动越明显。振动相似度越低,反映发动机整机振动特性越全面。研究结果为航空发动机测振截面布置提供重要依据。      

基于定量曲率模态分析的分层损伤检测研究

为研究基于振动分析的复合材料损伤定量检测方法,对含有不同长度分层损伤的复合材料梁,分别采用试验和有限元分析的方法进行静态和动态响应检测。样本分别进行了纯弯曲、剪切、自由振动和不同频率下的受迫振动试验。振动状态下的位移和加速度分布采用多普勒激光扫描振动仪测得。有限元分析采用ABAQUS6.9.1软件进行,并将分析结果与试验结果进行了对比。由此得出样本件的曲率模态响应,从而可以确定分层损伤区域的位置、大小及相关物理参数。     

四棱锥单元平板式可展开收拢机构的运动特性分析

基于7杆闭环机构提出一种新型四棱锥单元,其可作为一种基本可展机构单元,组合成大型可展机构.利用机构学方法研究,分析了单元机构的自由度、运动学和奇异性,给出了单元组合方法并基于四棱锥单元机构设计了一平板式可展开收拢机构,最后计算了机构的伸缩比.分析结果表明,这种单元机构组合方便简单,组合后的机构自由度为1,便于机构的展开收拢控制.当机构完全展开时,由于其奇异特性,机构有较好的力学性能.利用这种单元可以设计出新型大型可展开收拢机构,在航空航天领域有很好的应用前景.     

齿轮耦合复杂转子系统弯扭耦合振动分析的轴单元法

针对存在非平行轴的多分支齿轮耦合复杂转子系统,基于子结构分析理论,将系统中的每一根轴视为单元,将齿轮啮合力视为单元的激振力,在局部坐标系中采用集总质量法建立该单元的振动方程;在系统总体坐标系中,将各单元的振动方程联立,形成齿轮耦合复杂转子系统弯扭耦合振动方程,通过数值求解,获得系统固有频率和动态响应。采用所提出的轴单元法,对某航空发动机启动系统进行了模态和强迫振动特性分析。      

基于拓扑优化的叶盘压电阻尼器性能研究

针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体效率。首先,论述了该拓扑优化方法的原理,推导了模态机电耦合系数这一核心参数的计算公式及其与最佳阻尼比、模态应变场的关系。其次,建立了基于模态应变场的压电材料分布拓扑优化方法,可用于任意有限元模型。最后,将该优化方法应用于一个航空发动机压气机叶盘结构模型,分别针对单一和多阶模态进行了压电材料在轮盘上分布的拓扑优化,研究这种铺设方式对各典型模态(轮盘主导、叶片主导、耦合振动)的振动抑制效果。结果表明,在仅采用占轮盘质量5%的压电材料的情况下,优化后的压电阻尼器最多可以为轮盘振动主导模态及叶片-轮盘耦合振动模态提供约13%的模态阻尼比,为叶片主导模态提供的模态阻尼比集中在2%～4%。     

约束阻尼型镗杆的优化及减振性能

孔加工过程中镗杆的切削颤振影响着表面加工质量和加工精度,约束阻尼型镗杆可有效抑制这种切削振动,但其作用机理未被完全研究清楚,导致其抑制振动的效果一般。对约束阻尼型镗杆的结构优化、材料优选及减振性能进行了理论和实验研究。首先,根据Kelvin-Voigt粘弹性力学模型理论建立了镗杆的动力学模型,研究证实增大镗杆的静刚度和结构损耗因子能提高其减振性能从而提高孔加工质量;其次,基于建立的约束阻尼型镗杆静刚度和结构损耗因子理论公式,对其进行结构优化、材料优选。结果显示:存在一个最佳尺寸范围可减小镗杆在主要工作频域段上的振动,同时所选用的阻尼层应具有较小的弹性模量和较大的材料损耗因子,约束层材料应具有较大的弹性模量;最后,设计制造4种不同材料的约束阻尼型镗杆,通过模态实验获得静刚度、结构损耗因子,并与理论计算结果进行对比分析,同时研究切削过程中约束阻尼型镗杆的材料及切削参数对减振性能的影响。结果显示:约束阻尼型镗杆能有效减小径向振动以提高加工质量,不同材料的约束阻尼型镗杆在切削过程中径向振动差别较大,优化后的钢-PMMA-硬质合金镗杆在不同切深及转速下的径向振动加速度较小且更加稳定。