转子-密封系统中气流激振力的非线性动力学特性分析

在高参数汽轮机组和航空发动机等旋转机械中，转子-密封中的气流激振力对转子非线性动力学特性的影响不容忽视．本研究中建立了转子-密封系统三维流场模型，应用计算流体动力学（CFD）软件对可压缩气流流场进行模拟计算，获得了密封流场特性．由流场计算结果进一步获得了Muszynska气流激振力模型中的相关经验系数，使得此模型更加适用于气流激振力的计算．在对转子一密封系统进行非线性动力学分析过程中应用幂级数展开形式建立了系统幂级数模型．利用平均法得到气流激振力的1：2亚谐共振分岔方程，进一步应用奇异性理论和Hopf分岔理论研究了系统1：2亚谐共振的转迁集和系统超临界Hopf分岔与亚临界Hopf分岔的存在条件．通过参数控制方法抑制了转子-密封系统出现亚临界分岔的出现，使得系统稳定性提高．本文的分析结果对工程设计和操作具有一定的指导作用和意义．     

时滞动力吸振器抑制扭转系统的振动

本文研究了采用时滞动力吸振器抑制扭转振动系统的振动问题.采用稳定性切换方法分析了时滞动力吸振器及其扭转振动系统的稳定性问题,分别得到了时滞动力吸振器和扭转振动系统的时滞稳定和不稳定区域.结果表明,当时滞调节到动力吸振器的临界稳定值时,主振动系统的振动可以完全消除.当时滞在小于时滞动力吸振器的临界稳定范围进行调节时,可以将主振动系统的振动部分消除；并且时滞越大时滞动力吸振器的减振能力越强.当时滞调节超过扭转振动系统的临界稳定值时,系统处于不稳定状态,将导致结构破坏.数值模拟也证实了解析结果的正确性.     

橡胶动力吸振器在艉轴上的应用

针对艉轴的振动噪声控制要求,利用动力吸振技术降低设备系统在特定频率处的振动,降低设备振动向壳体的传递,减小水下辐射噪声。采用理论设计、仿真分析与测试相结合的方法,对所设计的圆盘式橡胶动力吸振器进行仿真分析,获取动力吸振器的设计参数及预期吸振效果。通过分析动力吸振器的基本性能,并结合实际应用,进行动力吸振器的吸振效果测试。结果表明：设计的橡胶动力吸振器具有较好的吸振效果。     

半主动控制接地式动力吸振器参数优化及性能比较

将半主动开关型控制策略应用到接地式动力吸振器中,并进行性能分析和参数优化.首先,利用平均法求得两种半主动接地式动力吸振器的近似解析解,并与相应数值解对比,验证了解析解的正确性与高精度.然后,对两种半主动控制接地式动力吸振器进行参数优化,获得系统最优控制结果和对应最优参数,确定了半主动控制最优控制策略,对影响优化结果的三个关键参数进行了特性分析.最后,和另外两种传统吸振器对比,用随机激励进一步验证了半主动开关位移-速度控制策略(On-off DBG)最为有效.     

接地式三要素型动力吸振器的H∞优化

以一种接地式三要素型动力吸振器为对象,研究了基于H∞优化准则的系统参数最优解析解.首先,将串联型粘弹性模型引入到接地式的动力吸振器中,并建立了运动微分方程,得到了系统的解析解.随后,以系统的解析解为研究对象发现该系统存在着三个固定点,利用固定点理论将三个固定点调到了同一高度得到了动力吸振器的最优调谐比和最优刚度比设计公式,并依据H∞优化准则通过最小化幅频曲线的最大值得到了系统最优阻尼比设计公式.最后,通过数值解与解析解的对比说明了解析解的正确性,并证明了接地式三要素型动力吸振器有较好的吸振效果.     

汽轮机调节系统中微分器对扭振稳定性的影响

本文讨论了汽轮机调节系统中微分器对扭振稳定性的影响，由于微分器提高了系统频段的增益，有可能使扭振谐振峰的峰值突破OdB线，造成扭振失稳，因此，设计微分器时要考虑扭振稳定性的问题，通过仿真，本文给出了微分器设计参数的合理选择范围。     

动力吸振式升沉补偿系统控制性能仿真研究

针对6 000 m中国大洋多金属结核采矿系统,提出了一种动力吸振器与蓄能器复合作用的升沉补偿系统.分析说明了系统的组成及工作原理,建立了系统的数学模型;应用Matlab编程计算得到了动力吸振系统中吸振器的质量、弹簧刚度和阻尼系数;对系统进行了控制效果仿真研究.研究结果表明,在整个四级海况下,动力吸振器与蓄能器复合作用的...     

限幅型非光滑吸振器模型的稳定性与周期运动研究

本文研究具有分段光滑特性的限幅型吸振器模型的稳定性与周期运动. 建立一类限幅型非光滑吸振器的动力学模型,探讨模型容许平衡点的存在性,通过Liénard-Chipart稳定性准则,分析容许平衡点的稳定性. 通过参数变换,将限幅型吸振器模型转化为具有两个切换流形的四维分段光滑系统. 通过计算系统首次积分,获得四维含参分段光滑动力系统在其未扰系统存在一族周期轨条件下的Melnikov函数. 探讨不同参数条件下系统周期轨的存在性及个数,并利用数值模拟方法给出其相图构型,验证理论结果的正确性. 研究结果表明不同的间隙参数影响系统周期轨个数及相对位置.     

含时滞轨道吸振器的建筑结构的动力学分析

本文研究了具有时滞轨道非线性吸振器的建筑结构的动力响应及其控制效果.采用谐波平衡法和弧长延拓法给出了简谐激励作用下主结构的幅频响应曲线,并与龙格库塔法的结果进行了对比.考察了不同参数情况下幅频曲线的变化情况,揭示了系统的复杂运动现象.结果表明,轨道非线性会导致幅频曲线向左偏转.时滞反馈控制能够降低主结构的位移幅值,并可抑制混沌响应.     

中立型时滞反馈扭转控制系统的稳定性分析

研究了中立型时滞动力吸振器抑制扭转系统的振动问题.针对一类强迫扭转振动系统,采用动力系统的稳定性理论分析了动力吸振器与扭转振动系统的稳定性问题,以时滞为参数,分别得到了动力吸振器与扭转振动系统的稳定区域,并研究时滞变化时动力吸振器对于主振动系统振动的吸收效果,通过与时滞动力吸振器对比,得到了更大的吸振器和减振系统时滞稳定工作区域,通过数值模拟验证了结论的正确性.     

热致轴向窜动引发的双盘转子扭转振动分析

以航空发动机整机系统的结构特点及复杂的运行环境为研究背景,运用Lagrange方法建立双盘转子在不平衡激励和轴向窜动影响下的弯扭耦合动力学模型;针对温度非均匀分布以及热膨胀性质引起的转轴轴向窜动,导出转/静盘面接触时环带面摩擦力与摩擦力矩表达式;最后采用4阶Runge-Kutta方法对系统进行数值求解.对系统进行动力学分析的结果表明,对于非对称双盘转子结构,热膨胀所积蓄的温度内力引发的转子轴向窜动将改变转子系统的固有特性,所产生转静件盘面环带面摩擦力与力矩,是造成转轴扭转振动的关键因素之一.     

分布式拉杆转子扭转振动系统动力学特性分析

为了更好的提高能源利用率,以新兴、高效的分布式拉杆转子系统为代表的燃气轮机与蒸汽轮机联合发电技术在电力部门得到快速发展.本文主要研究了分布式拉杆转子系统扭转振动的非线性动力学特性,通过等效简化等方法建立了分布式拉杆转子系统扭转振动方程.利用平均法获得动力学方程解析解和系统扭转振动幅频曲线,进一步研究了其周期解的稳定特性,并发现系统阻尼,立方刚度和外激频率等参数对其影响规律.本文的分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义.     

Tuned vibration absorber for suppression of hand-arm vibration in electric grass trimmer

Prolonged use of electric grass trimmer exposes the user to the risk of hand-arm vibration syndrome. A simple approach for the suppression of hand-arm vibration in electric grass trimmer is presented. The proposed system is a tuned vibration absorber (TVA). Modal analysis and operating deflection shape analysis of the electric grass trimmer were carried out and a TVA was designed and fabricated for testing. The results indicated that minimum vibration level was related to the position of the TVA on the shaft of electric grass trimmer. The TVA was found to have best performance with 95% reduction on the acceleration level at position 0.025L. The results from modal analysis and operating deflection shape revealed that the presence of TVA has successfully reduced the large deformations of the handle where the node was shifted nearer to the handle location. The effect of TVA was also evaluated during field test involving grass trimming operation and subjective rating. The results indicated that average reduction of frequency-weighted rms acceleration in the Z_h- axis was 84% and 72% in X_h- axis for the cutting operation. For the no cutting operation, the reduction is 82% in Z_h- axis and 67% in X_h- axis. The presence of TVA in the electric grass trimmer has amplified the vibration level in Y_h- axis by 19% (no cutting) and 21% (cutting). From the field test, subjective rating of vibration perception consistently rate better for controlled electric grass trimmer.

Relevance to industry

The tuned vibration absorber when installed to the electric grass trimmer attenuated the vibration total value by 67%. This significantly reduces the risk of hand-arm vibration syndrome.     

航空发动机风扇转子试验器动力学特性研究

以某型航空发动机风扇转子为参考,在结构相似和动力学特性相似约束条件下开展了风扇转子试验器的设计与动力学特性研究工作.利用转子动力学有限元分析技术研究了各参数对风扇转子试验器模态的影响,结合其动力学相似设计的一般流程,得到了通过调整风扇转子试验器参数实现试验器动力学特性控制的一般方法,给出了风扇转子动力学试验器的具体设计参数.     

基于灰色预测理论的转子系统振动主动控制

以灰色预测控制理论为基础,采用现代控制理论中的二次型优化原理,以控制力和响应加权最小为目标函数,设计了两种基于灰色预测理论的转子系统振动主动控制方案——灰色 GM(1,1)预测优化控制方案和灰色 Verhuslt 预测优化控制方案.并将该两种方案分别应用于带电磁阻尼器转子轴承系统的转子振动主动控制中,通过数值仿真验证了两种控制方法的有效性,并对两种方法的控振效果进行了比较.     

滚动转子压缩机转子组合结构振动特性分析与测试

为了避免压缩机转子系统在工作过程中的振动超标,需要对其开展系统化的动态优化设计,包括压缩机转子乃至整机的振动特性测试以及利用转子动力学对其建模与分析.本文以转子系统组合件(泵组件+外壳组件)为研究对象,首先创建了压缩机转子系统三维实体有限元分析模型.进一步,对转子系统的固有特性进行了分析,获得了前5阶固有频率与模态振型.最后,对该滚动转子压缩机进行了动力学实验,校验了上述分析模型的合理性.本文的研究可为压缩机系统的减振与降噪提供技术参考.     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

考虑参数不确定性的转子系统瞬态动平衡研究

针对含不确定性参数的转子系统,提出了一种基于区间数学、泰勒展开和摄动理论的转子瞬态响应区间分析法.该方法求解不确定性问题时无需不确定参数的具体概率分布,适用于一般性工程分析.利用转子瞬态响应信息对一弹性支承双盘转子进行瞬态动平衡.将不确定性引入动平衡过程,分析了不同不确定性水平下不确定性参数对瞬态动平衡效率的影响.研究结果表明,该方法能有效分析转子不确定性瞬态响应,随着不确定水平增大,转子动平衡效率大幅降低.