习营钢管混凝土拱桥动力特性分析

基于有限元方法,以ANSYS为平台建立了南阳淅川段习营下承式钢管混凝土拱桥三维有限元模型,采用子空间迭代法求解桥梁的自振频率和振型,并结合桥面振动实测频率,验证了桥梁模型的准确性.计算结果显示,桥梁1阶竖向振动频率的实测值与理论值接近,模型精度较高.拱桥第1阶振型为拱肋横向弯曲,第2、3阶振型均为桥面系竖向弯曲.低阶振型主要以拱肋的横向振动或桥面系的竖向弯曲为主,说明该桥拱肋横向刚度明显小于竖向刚度,桥面系横向刚度远大于竖向刚度,体现了下承式钢管混凝土拱桥的动力性能特征.计算结果为结构性能评估与抗震设计提供了依据.     

开封黄河二桥主桥动力特性分析

以大广线开封黄河二桥主桥--7塔8跨预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,借助MIDAS/Civil有限元程序建立了该桥梁空间有限元计算模型,采用子空间迭代法计算了桥梁的动力特性.计算结果表明,该桥梁的低阶振动主要表现为桥面系的整体竖向振动和桥塔的横向振动,桥梁结构的自振周期较大,振型较为密集,由于该桥梁宽跨比较大,桥面整体竖向振动出现比较早,桥梁的第1阶扭转频率与第1阶竖弯频率之比为4.01,表明该桥梁具有良好的气动稳定性.     

汽轮机末级叶片振动特性研究

建立了汽轮机末级叶片的三维有限元模型,分析了叶片的静频和振型,然后计算了叶片在预应力条件下的动频,分析了工作转速对叶片振动特性的影响.最后在振动试验台上开展了叶片静频、动频和振动响应试验,实验结果与数值模拟吻合较好.研究结果表明:叶片的动频比静频大,且动频随转速的增加而增大;转速对低阶频率影响较大;在转速的9倍频激励时发生二阶共振,叶片易产生振动疲劳失效.     

郑州北环快速路铁路跨线大桥动力特性分析

北环快速路铁路跨线大桥始建于1994年,由4座大的拱桥构成,跨度320多米,最高处15米,连同引桥长约2．1公里,在钢体拱形桥中全国位居第一,成为郑州一道风景。本文以该桥为研究对象,借助MIDAS／Civil有限元程序建立了该桥梁空间有限元计算模型,采用子空间迭代法计算了桥梁的动力特性。计算结果表明：该桥梁的低阶振动主要表现为桥面系的整体竖向振动和桥塔的横向振动,桥梁结构的自振周期较大,振型较为密集。由于该桥梁宽跨比较大,桥面整体竖向振动出现比较早,桥梁的第1阶扭转频率与第1阶竖弯频率之比为4．01,表明该桥梁具有良好的气动稳定性。计算结果丰富了钢管混凝土桥动力研究的内容,所得数据可为该桥在健康监测和维护提供参考。     

单质量盘转子扭振的动频研究

在转轴以一定速度旋转的条件下,推导了考虑转动频率情况下的单质量盘转子扭振运动方程,通过有限元方法对不同几何结构的单质量盘转子在不同转动频率下的扭振固有频率进行了计算,对影响单质量盘转子扭振动频的动频系数进行了分析．分析结果表明,离心力的作用相当于使转子的扭转刚度增加,从而在不同程度上提高了转子的扭振固有频率,而在影响单质量盘转子扭振动频系数的因素中,动频系数与转子转速的平方及质量盘直径的平方成正比,而与质量盘厚度关系不大．由此结果得出了动频的计算公式,并在该计算公式的基础上提出了用于判断单盘转子是否需要考虑扭振动频的判定准则,该项工作对于旋转机械如何避开扭振固有频率的设计具有重要的指导意义．     

计入主塔刚度的双塔自锚式悬索桥竖向弯曲频率估算公式

为方便计算自锚式悬索桥的竖向自振频率,以双塔自锚式悬索桥为研究对象,在考虑主塔刚度的影响下,应用Rayleigh法,推导了一阶对称和反对称竖弯振动频率公式,提出了主塔刚度影响系数的表达式,并对公式的可行性和适用范围进行了算例验证和讨论.研究结果表明:主塔刚度对双塔自锚式悬索桥的一阶正对称竖弯频率影响较大,对该频率进行计算时,应计入主塔刚度的影响;主塔对竖弯基频的影响程度可通过主塔刚度影响系数计算得到;由该法得到的竖弯基频计算值与有限元值误差能满足概念设计阶段的要求;该公式可用于双塔自锚式悬索桥竖弯基频的计算.     

基于多目标的车身结构静动态参数协同优化

文章建立了某小型休闲车(small recreation vehicle,SRV)车身结构有限元模型,通过数值计算与试验模态的对比分析验证了模型的准确性;对白车身的弯曲、扭转刚度进行分析同时关注车身的低阶模态频率,提出了一种以静态多工况结构刚度和振动频率为目标函数、基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法;用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,以平均频率法确定振动频率目标函数,得到了同时满足静态刚度和低阶振动频率要求的白车身的结构拓扑。该文方法实现了静态刚度和低阶振动频率的协同优化,优化结果显示车身刚度和低阶频率值均有所提高,结构更趋于合理。     

多层大跨度蜂窝型钢网格盒式结构动力分析

为研究多层大跨度蜂窝型钢网格盒式结构的动力特性,基于ANSYA有限元软件,计算结构各阶频率和振型;分析层高、楼板刚度和密柱刚度对盒式结构频率的影响。分析结果表明,盒式结构平面承载布置均匀合理,抗扭刚度大。低阶振型主要为结构平动和扭转,高阶振型主要为楼板的竖向振动。层高主要影响盒式结构低阶频率;楼板刚度主要影响高阶频率;密柱刚度既影响低阶频率也影响高阶频率,但对低阶频率的影响较大,分析结果可为工程设计提供参考。     

用于柔性转子主动控制的等几何Timoshenko梁模型及其数值验证

为了克服采用标准有限元方法建立的转子模型自由度多不便直接用于控制器设计的问题,结合等几何分析方法的精度高、自由度少的特点,提出了把低阶等几何Timoshenko梁模型运用到柔性转子的主动控制中,并进行了数值验证。首先,给出了半离散等几何模型及在主动控制中作为转子控制输入信号的各类边界条件;其次,分别对比了高、低阶等几何模型的奇异值响应以及简支条件下的高、低阶模型的数值解与理论解;最后,在采用磁悬浮轴承支撑和给定分布不平衡力扰动的条件下,对转子进行了分散比例微分(PD)仿真控制。结果表明:所采用的低阶模型的奇异值响应在前6阶临界转速范围内与高阶模型基本一致;高阶模型的前10阶模态频率很好地吻合了理论解,低阶模型前4阶模态频率误差在0.2%以内;高、低阶等几何梁模型下的转子不平衡振动位移稳态响应的差别很小,该误差可看成工作转速下的同频小扰动。低阶等几何梁模型在低频范围的高精度验证了该方法所得低阶模型直接用于控制器设计的可行性。     

调节级双胞胎叶片模态阶序的转移

采用三维8节点非协调单元有限元模型,对50MW汽轮机调节级双胞胎叶片的振动特性进行了计算分析.计算结果表明,在工作状态下,温度的影响和离心力的作用使得轮缘周向尺寸增大,造成了叶根的松动,从而导致振动延伸到叶根部分,振动下传不仅导致旋转状态下的固有频率小于相应的静频值,而且由于参加振动叶片的结构刚度和质量的重新组合,导致叶片模态阶序发生了转移.在静止时,叶片的第1阶固有振动为切向振动,第2阶固有振动为轴向振动;在旋转态下,第1阶固有振动变成了轴向振动,第2阶固有振动变成了切向振动.     

钻杆反转运动及其弯曲频率分析

根据塔里木油田井身结构尺寸、钻井参数,详细地分析了塔里木油田钻杆反转转速、弯曲频率和其环隙比与反转运动的关系。钻杆内不但存在自转转速,而且还存在反转转速,其弯曲频率为钻杆自转转速与其反转转速之和。在钻杆自转转速一定时,钻杆的反转转速与环隙比值β有关。研究结果表明,预防塔里木油田钻杆刺漏失效措施可用:(1)转盘转速控制在(44.5~92.0)r/min;(2)在钻杆尺寸不变的情况下,可以增大套管结构尺寸,来降低钻杆的弯曲疲劳应力频率;(3)采用井底动力钻具。研究的结果为深井、超深井合理的钻井参数选择提供了理论依据。     

Timoshenko梁的第二频谱分析

推导Timoshenko梁振动微分方程的初参数解,结合边界条件,建立简支梁的频率方程.当固有频率小于临界频率时,频率方程有双曲正弦函数与三角正弦函数之积的因式,当固有频率大于临界频率时,此因式变成为双三角正弦函数之积,此即Timoshenko梁产生第二频谱的理论原因.推导出等截面等跨径的2～3跨连续Timoshenko梁的频率方程,并从理论上预测存在第二频谱现象的其他结构.建立了简支Timoshenko梁第一、二频谱的频率计算公式.通过实例验证第二频谱的存在.通过微分方程求解,论证了临界频率是结构固有频率的有效组成部分,其对应的竖向位移模态无振幅、转角位移模态的振幅为常数;指出数值分析时,由于计算机截断误差的影响,所预测的临界频率有误差、所对应的竖向位移模态为不规则模态等特点.     

非惯性参考系下中厚板的非线性自由振动分析

基于Hamilton原理,利用Timoshenko-Mindlin板理论建立了非惯性参考系中弹性中厚板在单轴转动下的非线性运动方程。并利用符号代数语言分析了其在多种弹性边界条件下的自由振动情况,结果发现当单轴转动速率小于极限速率时,板的自由振动表现为周期运动,而当单轴转动速率大于其极限速率时,板的自由振动不再为周期运动。     

考虑流体影响的水轮机叶轮固有频率

将工作时水轮机叶轮简化为浸在流体中的旋转圆盘,建立了流体中圆盘振动微分方程,并考虑边界条件对其固有频率的影响.分别研究了不同圆盘转速、不同流体深度以及不同流体密度对固有频率的影响.研究结果表明,与真空中圆盘的固有频率相比,沉浸在流体中的圆盘的固有频率降低.当浸在流体中的圆盘发生旋转时,圆盘的模态由驻波变为行波,不同的旋转方向将对应两个不同的固有频率值.当流体深度减小时,固有频率值降低;流体密度越大,固有频率越小.     

低比转速离心泵非定常空化流动特性

为了研究低比转速离心泵的空化流动特性,基于SST k-ω湍流模型和ZGB空化模型,在不同进口压力条件下对离心泵内部空化流动进行三维非定常数值模拟,研究了离心泵在发生空化时不同位置的压力脉动规律和空泡体积变化规律.结果表明:空化发生后叶轮压力脉动主频为叶频,流道进口处次频脉动幅值增长明显;空化时叶轮流道靠近叶轮出口处的压力脉动幅值增长率与叶轮流道进口处压力脉动幅值增长率相比增长更明显;空化时叶轮流道进口处的压力脉动与叶轮流道、出口及隔舌处压力脉动相比存在迟滞现象;空化过程中空泡体积的增长过程是非线性的.     

平面刚架横向振动模态分析新方法探讨

研究的主要目的是探讨分析平面刚架在其平面内的弯曲振动模态新方法 ,并提出弹性支承梁法 还试图将其分析的结果同目前流行的一些近似方法 ,如集中质量法、矩阵位移法、模态综合法等进行比较 为此 ,首先推导了弹性支承梁横向自由振动模态的特征方程 ,其推导方法与一般著作上对刚性支承梁的模态分析方法类似 对于刚架的模态分析 ,笔者提出了弹性支承梁方法 ,即取刚架的一部分单元为弹性支承梁 ,而其动刚度系数是其他部分对它的影响 利用动刚度系数相等从而建立起刚架的特征方程 ,进而求出刚架的各阶模态 算例表明 :提出的弹性支承梁方法应用于平面刚架的弯曲振动模态分析取得了较好的结果 将文中提出的弹性支承梁法与准确的有限梁方法和上述几种近似方法作了对比分析 ,表明弹性支承梁法具有准确、简便和计算范围宽的优点     

淹没深度对离心式叶轮模态参数的影响

离心式叶轮结构振动及其幅值受周围水体附加质量和阻尼的影响.为了明确不同淹没深度对离心式叶轮动力响应特性的影响,开展了数值计算和实验研究.基于声固耦合方法,开展了空气和不同淹没深度条件下叶轮的模态分析;通过锤击法获得了在空气和不同淹没深度条件下的叶轮结构响应参数,并评价了固有频率的数值预测精度;根据数值计算和实验结果,构建了结构振型、附加质量参数和阻尼参数随淹没深度的变化规律.结果表明:随着淹没深度增大,结构振型未发生改变;但叶轮附加质量系数和阻尼比都呈线性增长趋势;完全淹没时,水体附加质量及阻尼比分别为空气中的0.39倍和1.76倍.      

裂纹转子弯扭耦合振动的理论研究

以水平放置Jeffcott裂纹转子为研究对象，建立了弯扭耦合振动的非线性运动微分方程，并用数值方法分析了该转子系统的动力响应。结果表明，弯扭耦合振动是通过不平衡量来实现的，不平衡偏心较大时，扭转对弯曲振动的影响主要体现在高转速部分，且随裂纹深度的增加，受影响的转速下限降低，当裂纹较深，转速较高时，扭转对弯曲振动有明显的影响，使频谱图和轴心轨迹都发生较大的变化，且对转速的变化极为敏感，因此在故障诊断时必须对扭转的耦合作用高度重视。     

固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性

将折射率匹配技术与粒子图像测速技术结合,测量了固液搅拌槽内桨叶启动过程中的两相流动特性。实验所用搅拌槽为平底方槽,搅拌桨为45°四斜叶桨,桨叶搅拌雷诺数389~2 332,固体颗粒的最大体积分数15%。实验考察了桨叶操作方式、搅拌转速和固含率对搅拌槽内瞬态颗粒分布和颗粒床层处瞬时流场的影响规律,结果表明：相同转速下桨叶为上提操作时流体对颗粒床层的侵蚀作用强于下压操作,颗粒开始悬浮的时间早,但悬浮高度较低;随着搅拌转速的增加,流体对颗粒床层的侵蚀作用增强,体系达到稳态后搅拌槽内颗粒云的均一度和高度也出现上升趋势;固含率从5%增加至15%时,搅拌槽内悬浮起的颗粒数量增加;流体侵蚀颗粒床层的临界速度范围在0.1~0.25 m/s。     

基于离散相模型的电潜泵叶轮磨损数值计算

基于离散相模型结合弹塑性压痕破裂理论对电潜泵叶轮磨损进行数值计算研究,对不同工况下的叶轮磨损进行分析,得到电潜泵叶轮的磨损规律,运用三坐标测量机对实际工作的电潜泵叶轮中存在的磨损情况进行测量,以实现对数值模拟结果的验证。结果表明:叶轮磨损加剧的颗粒粒径临界点是0.06~0.08 mm;磨损最严重的区域位于叶片凹面;转速、颗粒粒径增大均会加剧冲蚀磨损,导致磨损严重的区域由凹面中部的几个零散点向整个面扩展;数值模拟结果与验证结果吻合较好。