基于内嵌式颗粒阻尼器的悬臂梁减振实验研究

针对悬臂梁结构振动控制问题，开展基于内嵌式颗粒阻尼（embedded particle damper, EPD）减振方法的理论与实验研究。应用有限元法分析悬臂梁振动特性，围绕梁前三阶模态频率开展振动控制实验，通过改变填充颗粒的参数（粒径、填充率）和激励力，比较悬臂梁在不同填充情况下的振幅，并使用半功率法计算阻尼比。采用离散元法分析不同情况下颗粒的流变行为，以确定阻尼器最优设计参数。结果表明：颗粒填充率为90%时EPD减振效果最佳；填充颗粒的粒径与系统所受激励有关，本文模型中，激励振幅为80μm时，梁前三阶模态频率下分别填充直径为8、6、1 mm颗粒时效果最好，减振率分别为47.5%、48.7%及71.2%，阻尼比分别提高1.7、3.1及2.1倍。     

飞机管道颗粒碰撞阻尼器设计与试验验证

飞机管道振动超标是严重威胁飞机飞行安全的重要故障,降低飞机管道振动水平,对于提高飞机可靠性和安全性具有重要意义。针对难于施加管道卡箍约束的飞机管道结构的减振问题,设计了一种基于颗粒碰撞阻尼技术的管道减振器。该减振器通过特定的结构设计,在不影响现有管道结构的基础上,很方便地安装到管道上进行减振。其减振原理是基于减振器内部的颗粒碰撞而导致的能量耗散,从而提高管道结构的阻尼效应。因此,将此颗粒碰撞阻尼器安装在振动管道上,在管道发生共振的情况下,管道振动峰值将明显降低。本文基于所设计的管道减振器,利用振动台试验研究了颗粒填充率对减振效果的影响,发现改变阻尼器内部颗粒的填充率,管道的振动随颗粒填充率的增加有先减小后增大的趋势,同时利用EDEM颗粒流仿真软件计算了减振器振动过程中颗粒的能量耗散情况,发现颗粒能量耗散速率最大时所对应的颗粒填充率与试验过程中管道振动加速度降到最低时所对应的颗粒填充率达到了一致,仿真结果与试验结果取得了很好的一致性。最后,将所设计的颗粒阻尼减振器安装在液压动力源管道上进行实际减振试验,测试了在安装减振器前后,试验管道在X、Y、Z三个方向的振动加速度,经过对比分析,发现安装颗粒阻尼减振器后,液压管道的压力脉动频率下的振动水平得到了明显抑制,试验结果充分表明了本文所设计的飞机管道颗粒减振器的有效性和实用性。     

轮体结构颗粒阻尼器设计方法

利用离散元法及正交设计方法,对典型轮体结构发生伞形振动时的二维等效振动模型进行了空腔尺寸及颗粒填充方案的数值设计,并结合振动试验结果给出了轮体结构颗粒阻尼器的设计流程及设计准则.研究表明:1建立的二维等效振动模型在能够反映轮体结构伞形振动基本特征的同时,也可以较为准确地模拟内部颗粒运动对结构产生的影响;2颗粒阻尼对轮体结构的振动有明显的改善作用,但填充不同材质的颗粒,其减振效果会有较为明显的区别;3空腔的尺寸及颗粒的质量率对颗粒阻尼的影响显著,应首先保证的是较高的颗粒质量率;4由于碰撞间隙的作用,对于固定规格的空腔和颗粒,存在最佳颗粒体积填充率使得颗粒阻尼的减振效果最佳.由试验与数值模拟的最佳方案的一致性可知,发展的设计方法可以较为准确地给出轮体结构颗粒阻尼器的最优空腔尺寸及其对应的最佳填充方法,可用于轮体结构伞形振动减振方案的前期设计.     

基于颗粒阻尼技术的数控机床轻量化研究

随着数控机床向高精度、高速度和绿色化发展,轻量化数控机床的优势越来越明显。以ZN-XK2840数控龙门镗铣床为例,提出一种基于颗粒阻尼技术的数控机床轻量化设计方法。首先通过有限元法对常规数控机床结构的静态性能进行分析,对其壁厚进行优化,对轻量化的机床结构的静态性能进行分析,确保其最大变形量和强度满足使用要求;然后对常规数控机床的动特性如模态特性、谐响应进行分析。颗粒阻尼技术能够在振动传递路径有效降低机床结构振动,通过建立颗粒系统-龙门铣床动力学模型,采用自主开发的离散元动力学软件分析安装颗粒阻尼器后的机床结构动态特性,与常规机床进行动特性对比。对按轻量化的设计方案制造安装颗粒阻尼器的龙门镗铣床,在空运转和铣削加工过程中测量其加速度幅值与位移幅值,发现两者均小于常规机床;经检测,其重量相比同类产品减少53.8%,有效实现了轻量化。     

基于离散单元法的二维颗粒阻尼研究

针对自由端带空腔的L型悬臂梁建立了二维颗粒阻尼物理模型,发展并利用离散单元法(DEM)对二维颗粒阻尼进行了数值仿真,重点考查了二维空腔尺寸对颗粒阻尼的影响规律:①高度非线性的颗粒阻尼能够显著地抑制结构振动,阻尼值至少比金属材料阻尼大一个数量级;②当无量纲加速度Γ<1时,颗粒阻尼很小;当Γ＞1时,随Γ增加,颗粒阻尼先增大...     

挤压式磁流变弹性体阻尼器转子系统的振动特性试验

 磁流变(MR)弹性体是一种由铁磁颗粒和橡胶或凝胶混合而成的磁流变固体材料,其明显优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要密封装置。研制了一种自定心挤压式磁流变弹性体阻尼器,并测试了支承在该阻尼器上的柔性转子系统的不平衡响应特性。试验发现,随着磁场强度增加,磁流变弹性体阻尼器的阻尼和刚度明显增大;转子系统的一阶临界转速明显提高,二阶临界振动可被抑制。采用开关控制能抑制转子通过两阶临界转速过程中的振动。研究表明,挤压式磁流变弹性体阻尼器能用于转子振动主动控制,并具有结构简单、性能稳定、控振效果明显等特点。     

电流变阻尼器用于转子振动控制的实验研究

实验研究了电流变阻尼器在转子振动控制中的应用。实验发现，电流变阻尼器的刚度及阻尼随外加电场强度的增加而增大，支承在电流变阻尼器上的转子系统的振幅在亚临界区及临界转速处随施加的电场强度的增加而减小，而在超临界处则随电场强度的增加而增大；系统的临界转速随电场强度的增加而升高。电流变阻尼器提供的阻尼具有库仑阻尼和粘性阻尼的特点。实验表明电流变阻尼器具有控振效果明显、瞬时可控、耗能小、频带宽及结构简单的特点。     

航空发动机转子径向振动测试技术研究

建立了航空发动机转子径向振动模型,研制了一套专门用于航空发动机转子径向振动测量的测试系统。通过获取转子叶片叶尖间隙、叶片到达时间的信息,采用离散周期信号频谱分析方法,获得发动机压气机转子径向振动数据。结果表明,随着转速的升高,转子径向振动的幅值、频率及相位角度均增大。该结果对发动机的结构设计起指导作用,为转子径向振动主动抑制技术研究提供了基础数据。     

转子不平衡量对角接触球轴承-刚性转子系统动力学耦合特性的影响

建立了高速角接触球轴承-刚性转子系统完全动力学数值仿真模型。以某仪表轴承支承的转子系统为例,分析了转子不平衡量对转子振动响应、轴承内部载荷分布以及保持架质心运动轨迹、频域幅值变化及其磨损的影响。结果表明:无转子不平衡量时,转轴振动仅包含保持架频率,而转子不平衡时,转轴振动除保持架频率,还包含内圈频率及其倍频。随着转子不平衡量的增大,内圈频率对应的转轴振动幅值逐渐增大,而保持架频率对应的转轴振动幅值先减小后增大。球与内外圈接触载荷波动随着转子不平衡量的增大而增大,且载荷包含了保持架频率与内圈频率的多种耦合频率。转子不平衡量越大,保持架质心运动越不稳定,而保持架磨损率反而逐渐降低。保持架质心运动除保持架频率外,还包含保持架频率与内圈频率的耦合频率,说明保持架运动受转子振动的影响。      

带颗粒型金属橡胶夹层阻尼结构的振动响应研究

针对冲压发动机中高温板壳结构的振动抑制需求,提出新型颗粒金属橡胶夹层阻尼结构,基于模态应变能法建立了其动力学理论模型和数值求解方法。与试验结果对比表明,共振幅值的相对误差不大于20%。进一步采用理论分析与试验相结合的手段,论述了颗粒型金属橡胶夹层阻尼的有效性,可有效降低振动响应3~8倍;随着填充密度的增加,减振效果增加;对于一弯和二弯振动,下部填充减振效果最好,而在下部填充,振动响应会被放大;依据数值计算获得的应变能分布结果,进行夹层设计可达到良好的减振效果。     

水平T型管两相流流致振动实验研究

以水平T型管为研究对象,开展了两相流输运管道流致振动实验,研究了T型管在气液两相流作用下的振动响应,重点考察了不同气液表观流速下段塞流对流体脉动压力和管道振动响应的影响规律.研究结果表明:T型管相分离现象主要与流体所受惯性力有关,径向及轴向分支管路相分配随气相表观流速增加趋向均匀;段塞流引起的脉动压力频段范围集中在0～15 Hz以内,压力幅值随气相表观流速的增加而增大;段塞流引起的结构振动以垂向振动为主,且振动幅值随气相表观流速增大而增大;T型管的振动与管内气塞和液塞的交替运动有关,两相流作为宽频激励主要激起管道的运行模态并以一阶振动模态为主;主管路两相流平均动量高于分支管路,主管路振动响应幅值最高,峰值频率最小;轴向分支管路由于相分离现象导致液相占比增大,流速减小,易出现因液柱堵塞引起的流体冲击现象,轴向分支管路振动响应幅值高于径向分支管路.     

突加不平衡下弹性环挤压油膜阻尼器减振性能实验

为了研究在瞬态冲击（突加不平衡）下弹性环挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)对转子系统突增振动的抑制效果，设计并搭建带ERSFD的转子动力学实验台，开展突加不平衡动力学实验，获取阻尼器供油和不供油下转子系统升速及降速过程中的振动响应规律。结果表明ERSFD供油后有效地抑制了突加不平衡引起的瞬态响应，降低了突加不平衡引起的额外振动74.39%，同时抑制了转子经过临界转速的基频振动（幅值最大降低了62.18%）;ERSFD供油后会在转子系统中引入额外的刚度和阻尼，其综合效果表现为转子的临界转速较ERSFD不供油的状态下，1阶临界转速降低2.39%。     

公-自转耦合的滚针轴承保持架振动特性

建立了含公-自转耦合的行星轮滚针轴承动力学微分方程组,采用gear stiff（GSTIFF）变步长积分算法对微分方程组进行求解,对比研究了有无公转工况下保持架的打滑率和振动特性,分析了公-自转耦合工况下结构参数和工况参数对两者的影响。结果表明:纯自转工况下保持架振动加速度幅频图各倍频处对应1个幅值,公-自转耦合工况下各倍频处对应2个幅值;在公-自转耦合工况下,保持架振动幅值随径向力和公转速度的增大而增大,随自转速度的增大而减小,存在一个最优间隙比,即间隙比为1左右时使保持架振动幅值最小;保持架打滑率变化趋势与纯自转时一致,但数值减小且减幅越来越大;综上,公-自转耦合工况下会增大保持架径向振动特性,减小周向振动特性。      

直升机旋翼黏弹阻尼器时域动力学建模与分析

建立一种适用于旋翼气动弹性分析的黏弹阻尼器模型,该模型考虑了黏弹材料本身的刚度非线性及激振力频率和幅值对黏弹阻尼器应力-应变关系的影响。通过引入新型几何非线性弹簧模块,根据需要调整模型的刚度变化规律,避免了现有黏弹阻尼器模型模拟不同类型材料时因刚度变化规律差异而需重新建模的缺陷,模型适应性强。模型采用多个内变量场,既能体现阻尼器幅变特性,也能准确反映多频激励下的黏弹性特性。以两种不同类型黏弹材料制造的黏弹阻尼器为研究对象,在旋翼黏弹阻尼器的典型工作幅值和频率范围内,进行了简谐实验。利用建立的旋翼黏弹阻尼器非线性时域动力学模型,计算不同类型黏弹材料制造的阻尼器在多种应变幅值、频率下的动态特性并与实验相比较,分析了黏弹阻尼器损耗模量、储能模量频变特性和双频激励对阻尼器的影响。结果表明,建立的非线性黏弹阻尼器动力学模型能够更好地反映不同类型黏弹材料构成的黏弹阻尼器的动刚度和阻尼,适合于直升机旋翼载荷计算和气动弹性分析。     

温变环境中测试信号传输的仿真及试验

信号传输理论应用于电路网络中,由基尔霍夫定律推导了离散的温度-时间信号传输模型.给出了一种基于电压和电流的迭代算法,分别实现了导线升温、降温过程的信号传输仿真分析.研究表明:测试信号幅值随温度升高而逐渐衰减,在300℃时,幅值衰减了10%左右,而在升、降温并存环境中幅值衰减更加明显.在此基础上,设计了温变环境下的振动测试试验,所得结果与仿真分析结果一致.该研究为提高振动测试信号的精度提供了一种新方法.      

薄壁结构高温随机振动疲劳分析方法有效性验证

为了研究航空薄壁结构高温随机振动疲劳破坏机理,得到可靠的疲劳寿命分析方法,针对根部固支的GH188薄壁结构进行了数值仿真。重点研究了不同温度和不同振动量级组合下,薄壁结构危险点位置轴向动应力响应规律。采用改进的雨流计数法绘制出雨流循环矩阵和雨流损伤矩阵,结合疲劳累积损伤理论估算薄壁结构的疲劳寿命。通过高温随机振动疲劳试验对上述仿真结果进行验证。结果表明:数值仿真对结构破坏位置判断准确,不同温度和随机振动载荷作用下响应的计算值与试验值获得很好的一致性,响应峰值频率误差在1%~3%,结构疲劳寿命与试验结果处于同一量级,证明了高温随机振动疲劳分析方法的有效性和精度以及仿真结果的可靠性。     

直升机旋翼多层层压黏弹阻尼器多参数动力学建模与分析

针对基于柔性多体系统动力学的直升机旋翼系统动力学建模方法的要求,结合嵌入式多层层压黏弹阻尼器结构特点,建立了基于内变量理论的嵌入式多层层压黏弹阻尼器时域模型.通过引入多层内变量场,改善模型在较宽应变幅值范围和激振频率范围内计算阻尼器动特性及双频激振下动特性的能力.在阻尼器建模过程中考虑了嵌入式多层层压黏弹阻尼器中金属隔片的影响,引入温度传递函数考虑了阻尼器在工作过程中温度上升对黏弹材料的影响,提高了阻尼器模型的精度.通过计算分析与实验结果相比较,验证了阻尼器模型在不同应变幅值、激振频率以及双频激振下的有效性,为直升机旋翼气弹分析计算提供了一种嵌入式多层层压黏弹阻尼器模型.      

多层挤压型电流变阻尼器在转子振动控制中的实验研究

设计了用于转子振动控制的多层挤压型电流阻尼器,通过对悬臂转子系统的实验发现：随外加电压的增大,这种阻尼器能有效地抑制转子系统的临界共振,但当转速超过临界转速后,系统的响应反而增大,为消除这种不利影响,引入了开/关控制法,实验表明：它既能有效抑制临界共振,消除不利影响,又不会引起系统的不稳定。最后实验验证了这种阻尼器抑制转子系统突加不平衡响应的有效性。     

液压阻尼器对模型旋翼地面共振的影响

 分析了某采用定压阀和补油装置的液压阻尼器的非线性特性。对无铰式模型旋翼的地面共振稳定性进行了数值仿真研究,分析了两种不同的非线性液压阻尼器对地面共振稳定性的影响。结果表明：由于补油分配阀间隙的影响,阻尼器低速时的有效阻尼大大下降;在无阻尼器的模型旋翼稳定的转速区内,该阻尼器不能改善系统小扰动情况时的动稳定性;在无阻尼器的模型旋翼不稳定区内,系统将出现极限环,且极限环幅值随补油分配阀间隙的增大而增大。研究结果对液压阻尼器的设计具有参考价值。     

基于整机振动响应模型的转子支承阻尼分析与试验

以某型航空发动机为例,建立了该发动机整机振动系统模型,对影响整机振动响应的不同结构挤压油膜阻尼器(SFD）建模方法进行重点分析,并通过多位置-多传感器稳定工况振动响应试验验证了模型的准确性。利用整机振动系统模型计算及对该型发动机的滑油中断试验,讨论了燃气发生器前支点（No.1支点）与自由涡轮后支点（No.3支点）处挤压油膜阻尼值对发动机稳定工况振动响应的影响,得出了该发动机整机振动响应随No.1支点油膜阻尼值增大而先减小后增大,随No.3支点油膜阻尼值增大而减小,并且可以通过适当减小No.1支点处挤压油膜阻尼值,实现发动机在最大连续工况下整机振动总量减小43.4%。