Study on dynamic stiffness of supporting structure and its influence on vibration of rotors

The dynamic response of the rotor depends on not only itself but also the dynamical characteristics of the structures that support it. In this paper, the coupling vibration characteristics of the rotor and supporting structure are studied using one simple rotor-supports model firstly, and then the dynamic stiffness of the typical supporting structure of an aero-engine is investigated in use of both numerical and experimental methods. While, one simulation strategy is developed to include dynamic stiffness of realistic supports in the dynamical analysis of the rotor system. The simulated and tested results show that the dynamic stiffness of the supporting structure not only depends on the structural parameters but also is related to the frequency of the excitation force. The dynamic stiffness is affected by the damping and inertia effect when the excitation frequency is high and closed to the resonance frequency of the support, which may decrease the dynamic stiffness sharply. More resonance frequencies may be induced and the critical speed could be reduced or increased. While higher vibration response peak and overload of the bearing may also be caused by the varied dynamic stiffness, which needs to be avoided in the design of the rotor-supports system.     

面向大型承载结构强度性能的试验系统高精度装配调控方法

以直径0.6 m开口筒壳为例，分析了装配误差对仿真结果产生的影响，表明高精度量化试验系统装配方法研究的必要性。传统装配方法采用直尺等机械工具开展试验系统装配，导致实际装配误差较大且难以精准定量。因此提出一种试验系统装配误差精准测量与调控方法，该方法通过测量标识点获取装配件实际位置，并计算实际与理论位置的装配误差，结合机械推动以及位移测量等设备实现位置精确调控。为验证方法的可行性与精度，基于自研的强度试验高精度装配软件，分别开展了直径0.6 m和1.6 m圆柱筒壳装配调控试验。相比传统方法，最大位移误差从15.00 mm降至0.75 mm，最大角度误差从0.93°降至0.04°，数值分析承载力误差从1.67%降到了0.04%，降低了装配误差对承载力的影响，提高了试验系统装配精度。     

基于改进时频谱分析方法的滚动轴承复合故障诊断

将基于循环平稳理论及2阶循环统计量的谱相关或谱相关密度分析方法加以改进，提出一种时频分析方法并将其用于滚动轴承发生复合故障时调制现象循环调制频率即故障特征频率的提取。通过对滚动轴承复合故障的仿真及实际实验振动数据进行分析，结果表明:与同时提取出调制频率和载频的传统包络解调谱分析方法不同，改进的谱分析方法可以只提取出调制频率，提取的谱结构分布具有更清晰的表达效果，从而为滚动轴承的复合故障特征提取提供一种方法。      

非完备先验知识下的滑动轴承摩擦状态识别

针对监测系统通常无法全部获取轴承摩擦退化状态的先验知识,无法建立全摩擦状态的识别模型,从状态间的相似性出发,提出一种无先验知识下的基于灰色B型绝对关联度（AGRDB）和稀疏编码的滑动轴承状态识别方法。针对稀疏表示不具有监督性的缺陷,在稀疏编码的目标函数中引入AGRDB算法,训练类间距离最大、类内距离最小的正常润滑和严重摩擦的编码；在相同字典下建立具有一致判别性的稀疏表示模型,通过比较当前状态与正常润滑、严重摩擦的稀疏编码与重构误差,进一步识别当前轴承的状态,仿真信号和柴油机轴承实验的结果表明:所提方法能够在较少先验知识下识别出滑动轴承的早期摩擦状态（100~216min）和严重摩擦状态（216~384min）,且算法简单,适合较少样本下的滑动轴承摩擦故障在线监测。      

离轨帆弹性桅杆力学性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS分析弹性桅杆几何参数对其力学性能的影响,为离轨帆弹性桅杆设计提供一定的理论依据。结果表明:增加壳体厚度、保持弧长不变,减小曲率半径以及增大壳体截面圆心角都能有效提高离轨帆自动展开能力及弹性桅杆支撑刚度;弹性桅杆的弯曲内部应力只与材料属性、曲率半径、缠绕半径以及壳体厚度有关;曲率半径减小、壳体厚度增加都会增大弹性桅杆的弯曲内部应力,有可能会导致弹性桅杆在缠绕时发生塑性变形。因此,在对弹性桅杆设计时,需综合考虑弹性桅杆几何参数对其展开能力以及缠绕性能的影响。     

大型对日定向装置大开口复合材料主承力架传力设计及验证

根据大型对日定向装置的结构特点和受力特性，调整传力结构，充分利用纤维增强复合材料结构的可设计性，开展优化设计。在保证高刚度和轻量化的同时，克服结构大开口带来的承载能力不足，设计出结构质量与承载比仅为5.2%，集舱段和壳体功能于一体的大型对日定向装置复合材料主承力架结构。建立有限元模型，分别采用Tsai-Wu和最大应变2种纤维增强复合材料的强度失效准则，对其进行校核。开展静力试验，采集应变等信息，与有限元仿真分析结果展开对比。结果表明:其整体趋势一致，顺利通过试验考核。     

导引头伺服机构消隙齿轮系统动力学特性分析

消隙齿轮广泛应用于导引头伺服机构惯性稳定平台传动系统中，用于消除回程误差，提高传动精度。目前，对消隙齿轮传动系统的动力学分析大多采用数值方法，然而在求解含时变啮合刚度和间隙的强非线性系统时耗时较长。本文利用集中质量法建立考虑时变啮合刚度的消隙齿轮系统动力学模型，通过对模型的无量纲及归一化处理，运用分段的增量谐波平衡法对消隙齿轮传动系统进行分析，并利用四阶Runge-Kutta法进行数值验证，研究了不同参数对消隙齿轮系统动力学特性的影响规律。结果表明:随扭簧刚度的提高，系统谐振频率也提高，且共振幅值降低;随内部激励的增加、阻尼比的减小，系统由周期运动逐渐变为混沌运动，且共振幅值增大。     

高温环境下角接触球轴承磨损寿命分析

针对高温环境下轴承材料性质和润滑状态变化，造成轴承磨损加剧，过早丧失精度的问题。首先开展高温环境下轴承用材料的摩擦磨损试验，获取材料的磨损系数。在此基础上，考虑温度、润滑、轴承材料属性等对轴承磨损性能的影响，建立高温角接触球轴承磨损模型，通过数值求解探讨工况参数和结构参数等对轴承磨损性能的影响，并评估轴承的磨损寿命。结果表明：对于高温轴承材料无磁合金GH05，在高温300 ℃摩擦状态下平均磨损系数为2.5×10^-7 mm²/N；随着载荷、转速、温度的增加，轴承内、外滚道的磨损率均不断增大，其中内圈磨损率大于外圈，内圈磨损特性决定着轴承的磨损寿命；载荷和转速是决定轴承磨损寿命的主要因素，轴承主结构参数对磨损寿命具有重要影响，通过结构优化可提高轴承磨损寿命。     

航空发动机中介轴承的动力学减载设计

通过对3种典型的航空发动机中介轴承各30台份的试车数据统计，得到使中介轴承免受“同步冲击”的原则，即:中介轴承内、外环特征频率同风扇叶片气动激振频率的整倍数接近至2%的范围内的情况为危险区域，禁止发动机在此区域长期工作.继而提出了带中介轴承的转子系统优化迭代的动力学设计方法, 通过调整叶片数目或高、低压转子转速比，直至保证危险区域的范围不超过发动机工作范围（从慢车状态至最大状态）的10%.该方法可使中介轴承免受“同步冲击”，有效地降低轴承滚道上的动载荷，提高中介轴承的疲劳寿命.      

基于冲击信号的滑动轴承摩擦故障监测方法

针对滑动轴承声发射（AE）信号干扰严重、故障信号难分离、轴承摩擦故障监测难的问题,从不同信号的激励源作用形式出发,根据冲击信号的工作脉冲特征,建立了分离相对容易的干扰信号与轴承摩擦故障的联系,提出一种基于干扰信号监测滑动轴承故障的方法。首先,依靠K均值奇异值分解（K SVD）字典对冲击特征的捕捉能力,确定冲击脉冲产生的时刻；为了锐化和增强冲击信号,通过Hilbert包络解调出冲击包络信号。其次,引入钟形脉冲参数,通过钟形脉冲拟合单个冲击包络信号,并进一步推导出冲击包络信号的强度简化计算公式,用于滑动轴承接触摩擦故障识别。最后通过实验模拟了滑动轴承切断供油后的轴瓦摩擦过程,与AE传统特征相比,所提特征更容易识别轴承的早期摩擦故障,能够完整描述轴承的摩擦的全过程,且计算效率更高,为滑动轴承接触摩擦故障诊断提供了一种新的途径。