基于分岔理论的球式自动平衡装置的稳定性研究

提出一种基于分岔理论的球式自动平衡装置稳定性的研究方法。通过分析,得到球式自动平衡装置的稳定区域随滚球质量、偏心距、黏性阻尼以及转子速度等参数变化而改变的规律,为自动平衡装置设计和使用提供一个可行域作为参考。从球式自动平衡装置力学模型出发,对球式自动平衡装置的数学模型进行无量纲化和自治化处理,求出自治系统的平衡解1和平衡解2(±),根据李雅普诺夫原理和劳斯稳定性判据判断平衡解的稳定性变化情况,得到η-λ、η-δ、η-ζ、η-β双参数下的平衡解1和平衡解2(±)的稳定区域分布图,其对球式自动平衡装置的研究和使用具有一定的指导作用。     

安装偏心距对球式自动平衡装置减振的影响

过临界转速下,影响球式自动平衡装置减振效果的因素很多。通过建立存在安装偏心距的球式自动平衡装置的数学模型,并依据现有的实验台确定仿真参数进行数值仿真,分析安装偏心距对球式自动平衡装置减振效果的影响。结果表明,安装偏心距越小,球式自动平衡装置的减振效果越好;一定范围内,提高转子的加工精度和安装精度,减小安装偏心距,球式自动平衡装置的减振效果改善明显;但过高的提高转子的加工精度和安装精度,球式自动平衡装置的减振效果改善不明显。分析结果对于球式自动平衡装置的有效减振有一定的应用价值。     

非平面运动球式自动平衡装置数值仿真与实验

实际生产过程中,高速转子由于受不平衡力矩作用,会产生非平面运动。通过数值仿真和实验,研究非平面运动球式自动平衡装置过临界转速下的运动特性。运用病态性探测实现数值仿真过程中刚性方法(ω方法)与非刚性方法 (RK-45法)的自动切换。从而解决非平面运动球式自动平衡装置病态微分方程组的数值仿真与计算问题。通过对球式自动平衡实验台的实验研究验证了数值仿真与数学模型的正确性,并得出球式自动平衡装置对做非平面运动的转子的平面振动和空间转动都有很好的抑制作用和减振效果的结论。数值仿真算法在多体问题中具有借鉴意义。     

非平面运动球式自动平衡装置稳定性分析

在实际生产工作中,高速运动转子由于受到不平衡力矩作用,会使整个转轴产生空间转动,这种转动使得转子产生非平面运动。采用拉格朗日方程和牛顿定律,建立一种非平面运动球式自动平衡装置数学模型;通过摄动法和劳斯-霍尔维茨判据对其可能使系统稳定的解进行分析,得出该自动平衡装置分别在1个球和2个球的情况下存在能够使系统稳定的解以及系统在不同条件下振动情况。该装置在过临界转速下存在稳定点,在一定条件下能对不平衡力进行平衡,达到减振目的。     

110MW汽轮发电机组轴系转子不平衡故障的诊断及治理技术

根据振型分离方法和模态理论的基本思想,对检修后的捷克110 MW汽轮发电机组转子不平衡故障进行了诊断.在工作转速下对轴系各轴承进行实测和分析诊断,得出发电机转子7#瓦振动超标的主要原因是转子存在较大的二阶不平衡分量的激振力,并且在转子激振力作用下发电机轴承座刚度降低,轴承座基础产生差别振动,导致7#瓦垂直振动和轴向振动超过振动标准数倍.这种诊断方法在故障诊断和轴系动平衡领域有着良好的工程应用前景.     

旋转机械无试重现场动平衡原理与应用

提出了一种高效的无试重现场动平衡原理与方法,并进行了实验验证及现场应用研究。无试重平衡的基本原理是通过数值模拟的方法,通过在平衡平面上施加虚拟不平衡量,确定转子在轴承处的振动相位相对于平衡平面处的激振力的相位的滞后角。这种滞后可以借助不断完善的转子动力学理论以及有限元数值模拟方法进行确定,其关键是确定轴承的刚度和阻尼系数。滞后角和振动的相位相加便为激振力的相位,将该相位反相可得到配重的相位。配重量由测量得到的振幅和计算得到的振幅之间的比例关系以及虚拟不平衡量的大小确定。实验研究以及现场的平衡实践表明,该方法可以在不加试重的情况下,实现对转子的有效平衡,从而降低机组的现场动平衡的时间和成本。     

基于不平衡识别的主动电磁轴承转子系统自动平衡

转子不平衡引起的同步振动是主动电磁轴承转子系统高速运行面临的一个主要激振源.通过对转子系统不平衡特性的分析,提出了一种基于不平衡识别的主动电磁轴承转子系统自适应自动平衡控制方法.该方法无需控制对象的传递函数,亦不影响原控制系统稳定的频率边界,通过对主动电磁轴承在线施加试探性激振信号,同时检测控制电流响应中不平衡频率成分的幅值和相位变化,直接识别出不平衡干扰的Fourier系数,产生精确的补偿信号,从而使转子绕其质心轴旋转.实验测试结果表明提出的自适应自动平衡方法对不平衡干扰有显著的抑制作用.     

一种动刚度的测试方法及其在动平衡中的应用

基于Jeffcott转子,利用转子不平衡激振力与转子不平衡响应的线性关系,提出了一种不受初始弯曲影响的动刚度测试方法。利用动刚度与影响系数之间的关系,提出了基于动刚度的无试重动平衡方法。通过建立双盘单转子实验器,测试盘的暂态不平衡响应曲线,计算出全转速下盘处的动刚度,对这种动平衡理论进行了验证,实验表明这种方法的平衡效果显著。     

滚珠自动控制转子系统强迫振动研究（非线性主共振）

自动平衡滚珠用于在线自动平衡转子系统的不平衡并对强迫振动进行控制。目前大多数研究集中在线性转子系统，然而实际的转子系统大多属于非线性系统，特别是滚动轴承支承中出现非线性弹性恢复力。本研究考虑具有非对称的非线性弹性恢复力作用的转子，通过理论解析与数值模拟，研究了两滚珠平衡制振时转子的主共振响应及其稳定性，并对各个转速区域转子和滚珠的振动特性和运动规律进行了分析。证实了平衡滚珠在高速区域对非线性转子系统也具有良好的平衡制振性能。     

球式自动平衡装置数值仿真系统设计

在球式自动平衡装置的数值仿真中,传统的仿真方法是利用Matlab进行数值仿真,得到的结果不具直观性和交互性。为了解决上述问题,现利用VB平台,采用龙格—库塔法对球式自动平衡装置的数学模型进行数值求解,设计一种能够使仿真结果动态可视化的交互式数值仿真系统。仿真结果表明,该数值仿真系统增加仿真结果的直观性,实现滚球运动状态的动态呈现。得到的仿真结果与自同期理论一致,不平衡转子的振幅得到有效的衰减。     

100m新型极地探险邮轮振动特性研究

建立了新型极地探险邮轮的有限元模型,利用虚质量法计算了整船湿模态,并与激励力主频对比,初步验证整船结构振动特性设计的合理性。通过频响分析方法计算了振动速度-激励力的导纳矩阵,测试了航行时船尾底板和主机机脚处的振动速度,利用测试振动速度和导纳矩阵反推出螺旋桨和主机激励力。将得到的螺旋桨和主机激励力加载至有限元模型中,计算各个舱室的振动速度,并与舱室振动速度测试值对比,误差在工程允许范围内,验证了激励力的准确性。在有限元模型上单独加载螺旋桨和主机激励力,计算各个舱室的振动速度,分析两种激励源对各个舱室振动速度的贡献率,为新型极地探险邮轮的前期振动评估和后期振动控制提供针对性参考。     

离心泵流体激励力的研究：蜗壳部分

研究了叶轮转动过程中离心泵蜗壳所受流体激励力。基于CFD计算了离心泵叶轮转动过程中的瞬态内流场,而后积分得出蜗壳内表面三个方向上流体激励合力并进行频谱分析,最后运用九次多项式拟合、傅立叶级数与分段多项式拟合分别建立叶轮单周转动各向流体合力数学模型。结果表明：蜗壳所受出口方向、进口方向与垂直于进出口方向的流体激励力以叶片通过频率为基频波动,且波动幅值依次减小,波谷均出现于叶片通过蜗舌时;采用三段多项式拟合所建的数学模型与原始波形有最小的偏差,并且具有较低阶次     

多级离心泵流场优化及验证

流体激励力是离心泵主要振源之一。通过对离心泵流场进行优化,可有效降低泵组流体激励力,减小离心泵振动。以多级离心泵的减振降噪为研究目的,运用CFD仿真技术从切割叶轮及改变蜗壳形状两个方面对流场进行优化。通过对比优化前后压力脉动以及流场激励力变化,说明优化情况。最后考虑加工工艺要求,选择切割叶轮的优化方法,并通过机脚振动响应的变化间接验证改善效果。结果表明：切割叶轮与改变隔舌形状对离心泵叶频及其倍频下的压力脉动与流体激励力都有减小,切割叶轮后机脚响应降低了4 dB。     

船舶设备激励源载荷转换方法及应用

设备激励源是分析船舶振动噪声特性的输入条件,对其获取方法研究具有重要价值。介绍以自由振速为桥梁的不同安装环境下船舶设备激励源特性转换关系,建立利用台架试验数据估算实船安装环境下设备激励源特性的工程应用方法,并给出应用流程。通过典型船用设备激励源特性测试和计算,提出振动测点布置原则和数据测试要求。设备机脚和基座的振动速度计算结果和实船测试结果吻合良好,表明所采用的船舶设备激励源特性转换方法可应用于船舶振动噪声工程问题分析。     

Note on sway, roll and yaw motions of a ship with forward speed: analytical study

Summary The paper deals with the prediction of coupled sway-roll-yaw motions of a ship with constant forward speed, subject to regular wave force. The governing equations derived in time domain after balancing the hydrodynamic and exciting forces are solved analytically while considering the motion variables, wave frequency and external force are complex quantities. Numerical experiments were carried out for a Panamax container ship under the action of a sinusoidal wave of periodicity 11.2 sec with the variations of speed and wave height. The effect of various parameters on motion responses and system stability is investigated.     

An analytical solution for the diffraction problem of a submerged vertical cylinder considering bottom-mounted barrier effect

Using the methods of variable separation and eigenfunction expansion for velocity potentials, an analytical expression for the composite structure of a submerged cylinder over a coaxial, bottom-mounted cylinder in finite depth is developed. This model is also applicable for the isolated submerged truncated cylinder by careful choice of bottom cylinder height. The exciting forces on the submerged cylinder obtained by the proposed analytical solution and the boundary element method (BEM) agree well with each other, which shows good reliability of the analytical expression. Based on the proposed model, the effects of wave force on submerged cylinder owing to the existence of topographical obstacles of different sizes are investigated. The results show that various geometrical parameters of the bottom cylinder alter wave force on the upper cylinder significantly. Considering the impact of barrier, horizontal wave force and vertical wave force on submerged cylinder arrive there are several peaks at different frequencies, while the isolated cylinder always reaches the peak at a certain frequency. The peak value of wave forces may increase or decrease, but that of overturning moment has a maximum value of two to four times amplitude.     

拖曳声纳阵隔振模块性能计算分析

在现代反潜、海洋水文和资源勘探测量中，拖曳线列阵声纳得到了越来越广泛的应用。为了进一步提高拖曳式声纳的工作性能，必须在声阵模块前、后插入性能优良的隔振模块。本文利用有限元法计算分析了隔振模块在水下的隔振性能。计算表明：隔振模块的隔振性能与其长度、阻尼、所受到的拉力和激振力有关。其中隔振模块的长度是影响隔振效果的主要因素。随着隔振模块长度的增加，其隔振效果将变得越来越好。在长度、阻尼、激振力相同的情况下，拉力小时隔振效果较好。在其他条件相同时，激励频率越大，隔振效果越好；阻尼越大，隔振效果越好。在相同拉力和激振力作用下，隔振模块的隔振效果的起始频率随隔振模块的长度增加而减小。     

潜孔锤破岩系统动力学特性研究

为深入研究潜孔锤破岩过程中推进力、激振频率等对潜孔锤破岩系统特性的影响,基于弹簧、阻尼、滑动器等元件建立了考虑潜孔锤与岩石局部接触、完全接触状态的动力学模型。分别建立不同状态下系统的动力学方程,并基于阶跃函数建立破岩系统的连续无量纲微分方程组,采用龙格-库塔法求解获得不同状态下的潜孔锤钻头位移图、速度图、相空间图以及庞加莱截面图。结果表明:破岩系统的运动状态随推进力改变而改变,当系统处于周期-1状态时,系统相对较稳定且破岩效率最佳;随着激振力频率增大,系统稳定的区间范围随之增加,但破岩效率反而降低。破岩系统动力学特性研究结果为潜孔锤在实际工作中的参数确定提供理论依据。     

电液疲劳试验系统的变谐振控制技术研究

随着激振频率的增加,电液疲劳试验机激振输出幅值急剧衰减,激振频率和激振输出幅值两者之间存在相互矛盾的关系,因此提出了利用谐振能量来提高激振输出幅值的方案。该方案通过改变阀控单出杆液压缸无杆腔容积的方法来改变系统的谐振频率,使得谐振频率与激振频率重合,在谐振点进行激振。在对液压动力机构的运动过程进行分析的基础上,建立系统的数学模型,运用四阶龙格库塔的数值方法对其进行求解,并对仿真结果进行理论分析;理论分析表明可以通过改变无杆腔容积来改变系统的谐振频率,且在谐振点处的激振输出幅值有较大幅度的提升;从负载流量曲线上看,由于谐振能量的输出使得在谐振点处的负载流量急剧降低。最后建立实验系统对以上仿真结果进行实验验证。实验结果表明：在谐振点出的激振输出幅值为饱和输出幅值的25%左右,负载流量反而减小了90%左右;通过改变无杆腔的容积能有效改变谐振频率,拓宽电液疲劳试验机应用范围。     

受路面随机激励作用车室低频耦合轰鸣声分析

为分析车室受路面随机激励作用产生的低频轰鸣声,采用白噪声过滤方法模拟路面随机激励,建立路面随机激励时域模型,根据拉格朗日原理建立整车七自由度振动动力学模型,利用Matlab建立受路面随机激励作用引起的悬架激励力仿真模型,并通过快速傅里叶变换得到悬架激励力幅频谱。利用Hypermesh建立车身结构有限元模型和空腔声场有限元模型,分别利用Nastran、Virtual.Lab计算车身结构模态和空腔声场模态,并采用模态叠加法计算声固耦合系统模态,最后施加悬架激励力载荷进行基于模态的耦合声学响应分析。分析结果表明:在频率20 Hz~50 Hz范围内,路面随机激励对车室低频耦合轰鸣声的贡献较大,以结构变形为主的耦合系统模态,受路面随机激励作用极易使车室空腔出现低频耦合轰鸣声。