叶片冠间接触碰撞数值模拟及实验研究

研究了自带冠叶片冠间接触碰撞的动力学特性及减振机理。利用弹性力学理论对叶片冠间接触碰撞问题建立碰撞弹性力模型,叶片的冠间接触碰撞进行了数值模拟,并通过实验验证了理论分析的结果,进而得到了叶片接触碰撞系统的非线性响应特性及减振机理。     

基于LuGre摩擦模型的叶片碰撞摩擦特性研究

建立了基于LuGre摩擦模型的叶片冠间碰撞摩擦模型,研究了叶片冠间接触碰撞和摩擦的动力学特性和减振机理。并研究了冠间间隙、动静摩擦系数对成组自带冠叶片碰撞摩擦减振效果的影响。通过分析摩擦过程中鬃毛的变形,对LuGre模型进行有条件的简化,研究了带冠叶片接触碰撞运动和摩擦运动的分岔特性。研究结果表明,LuGre摩擦模型可以更加完善的描述预滑动阶段叶片冠间的摩擦特性。     

航空发动机自带冠叶片减振特性研究

摘 要：将自带冠叶片模化为质量弹簧模型。自带冠叶片减振主要是由于冠间碰撞和摩擦的组合运动来实现的,因此本文将冠间的接触简化为带对称间隙的弹簧阻尼模型,摩擦模型采用Sgn模型,从而建立该系统的动力学方程,进而采用Runge-Kutta数值方法求解系统的动力学方程。本文主要探讨了冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等多种参数对减振效果的影响。结果表明：叶片的振动能量与冠间间隙、刚度比、接触角度、摩擦系数等参数有关,参数选取要考虑工作转速的范围。冠间的碰摩组合运动为硬式分段线性的非线性振动,因此本文同时采用Poincaré映射图和频谱图等方法对系统的非线性特性进行了一定的研究。
     

电磁-碰撞复合阻尼系统减振性能研究

提出了一种新型电磁-碰撞复合阻尼减振方法,通过理论推导,建立振动系统在复合阻尼作用下的振动力学模型。通过实验,分别测得相同初始位移激励下振动系统的自由振动、加碰撞阻尼的振动以及加电磁-碰撞复合阻尼的振动曲线。实验验证了复合阻尼系统减振效果和理论计算的正确性。实验结果表明:与自由振动相比较,加碰撞阻尼和加电磁-碰撞复合阻尼能够加快减小振动系统振动的振幅,其中电磁-碰撞复合阻尼的减振效果最明显。最后利用理论模型得到了不同结构参数对复合阻尼系统减振效果的影响规律,并对复合阻尼系统进行了参数优化设计。     

三质体斜碰撞振动的动力学和减振研究

将自带冠叶片组简化为三质量块-弹簧系统模型,质体间接触为斜碰撞。建立该系统的动力学方程并列写碰撞条件,采用数值模拟方法研究系统的动力学行为,探讨质块间隙、接触面倾角等参数对减振效果的影响。研究结果表明,质块间隙和接触面倾角大小对碰撞减振效果有很大影响,存在最优间隙和对碰撞减振效果不利的接触面倾角范围,工程设计中应予以考虑。在动力学方面,随着转速提高,质块振动响应会在混沌状态和周期运动状态之间发生拓扑结构的突变。     

单斜面索拱支承曲梁人行桥人致振动控制研究

进行了一种单斜面索拱支承曲梁人行桥的人致振动控制研究。在人行桥的初始状态及静动力特性基础上,模拟了随机人群荷载作用下人行桥的振动响应,参数化地研究了调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的减振作用,考虑了TMD不同质量比、刚度、阻尼参数以及布置方式的影响。在TMD装置安装前后对人行桥进行实地动力测试,测试了结构减振前后的模态特性以及在单人、多人和人群荷载工况下的振动响应,讨论了TMD装置对该类型人行桥的减振效果。结果表明:减振后结构关键模态阻尼增大为减振前的4.14倍;单人步行和跑动工况下,通过设置TMD,结构加速度峰值下降31.1%～55.9%,加速度均方根下降36.4%～52.0%;多种人群步行工况下,结构竖向加速度峰值最大为0.41 m/s~2。研究结果表明单斜面索拱支承曲梁人行桥刚度较柔,TMD对控制该类型人行桥结构人致振动具有很好的效果。     

调节阀振动特征的研究进展

为全面认识调节阀振动问题,以近年国内工程领域调节阀振动事故案例为引,从外激振动和流激振动两个方面分析了调节阀振动产生机理,从实验方法、理论模型仿真和数值模拟三个角度总结了调节阀振动研究方法,从根源减振与传播减振两种类型回顾了调节阀振动抑制措施。经过分析总结,探讨了目前研究存在的主要问题,并给出了展望:流激振动机理研究还不够完善,不同类型的流激振动无法区分,应建立特征识别技术,并开展竞争机制研究;实验方法与理论模型仿真各有局限,有待提高。不同数值模拟方法的准确性与资源消耗比较有待探索;应建立调节阀品位评价体系,对高品位调节阀开发根源减振措施,对低品位调节阀选用传播减振措施。     

基于多尺度方法的带颗粒阻尼悬臂梁自由振动半解析分析

被动式颗粒阻尼器原理简单、性能优越,广泛应用于结构减震领域。极端环境容易激起结构的高频振动,颗粒阻尼的非线性特性使得多模态振动的减振特性相互耦合。采用模态综合法分析自由端带集中质量块的悬臂梁、离散单元法模拟颗粒阻尼器中颗粒集的运动,基于多尺度分析的球-墙耦合模型建立了揭示结构多模态振动条件下颗粒阻尼减振机理的半解析分析模型。分析表明,颗粒阻尼器具有良好的减震效果,减振性能受结构振动模态影响很大。与单一模态振动减振性能相比,多阶模态振动同时存在时,低阶模态幅值的衰减出现了滞后,而高阶模态幅值的衰减则明显加快。因此,采用单一模态获得的等效阻尼比不足以表征复杂振动条件下颗粒阻尼器的减振性能。     

耗能减振层对某超高层结构的减振控制研究

本文以某288m超高层框架－核心筒结构的减振控制为研究对象,针对该工程的自身特点提出了设置非线性粘滞阻尼器、铅粘弹性阻尼器耗能减振层的六种控制方案。在10年一遇风振作用下,利用改进的自回归AR模型模拟了结构Y方向的脉动风荷载时程,并对该结构进行了不同控制方案下的风振控制研究,同时针对该结构进行了7度小震和中震作用下的阻尼减震控制研究。对比分析了不同控制方案下耗能减振层对结构地震与风振作用的减振效果,结果表明本文提出的六种控制方案不仅能有效抑制结构的风致振动,显著改善结构的风振舒适度,对结构顶层峰值加速度响应的最大降幅达40％,而且还能提高结构在地震作用下的可靠性,进一步证明了耗能减振层对于超高层结构抗风与抗震的有效性和可行性,提出了风振与地震作用下设置耗能减振层超高层结构的分析与设计建议。     

叶顶吸气效应抑制叶片振动的研究

吸气可以改变叶片周围的气流特性,多用来控制叶片吸力面流动分离。将吸气应用于叶片减振,通过模型实验研究了吸气对叶片振动的影响,改变吸气位置和吸缝长度,测量了不同条件下的叶片振幅并作比较。数值模拟计算了不同位置、不同速度吸气对叶片周围流场的影响,重点分析了叶顶间隙气流速度的变化。数值计算在一定程度上解释了实验结论,二者所得的规律统一。最终结果表明:叶片正上方或上方偏来流侧吸气有明显减振效果,模型实验条件下,振幅最大降低了27%。     

On the Problem of Improvement of the Damping Ability of Rotor Blades of Contemporary Gas-Turbine Engines

We present the results of experimental investigations of the influence of structural and technological factors on the damping ability of lock joints of compressor blades carried out at the Pisarenko Institute of Problems of Strength of the National Academy of Sciences of Ukraine, study the possibility of using dampers mounted in shroud joints of turbine blades, and formulate some recommendations concerning the possibility of im proving the damping ability of rotor blades of contemporary gas-turbine engines.     

带凸肩叶片的稳态响应计算及其阻尼减振分析

研究干摩擦理论在航空发动机叶片组振动控制方面的应用，着重分析带凸肩叶片的动力特性及凸肩干摩擦副的阻尼减振规律。在引入凸肩干摩擦非线性连接元概念的基础上，将固定界面模态综合法推广应用于带凸肩叶片组动力有限元模型降阶；提出用阻尼因子解决凸肩干摩擦阻尼大小的度量问题；在稳态特性数值计算中构造了两步迭代算法，改善了Ｐｉｃａｒｄ单步迭代法收敛性差的缺点。编制了相应的计算程序，完成两叶片系统计算模型的数值分析。     

叶顶密封周向流动及流体激振抑制方法研究

控制叶顶间隙流体进口预旋及周向流动是减小密封流体激振力的主要方法。基于计算流体力学方法,通过在汽轮机某级叶顶间隙入口的动(围带)、静(汽缸)部件上增加新型微型叶栅,研究新型结构对叶顶间隙流体周向流动及流体激振抑制效果。结果表明:在新型微型叶栅的作用下,流体在叶顶密封入口由正预旋变为负预旋,密封有效阻尼系数由负变正,有效抑制了流体激振,提高了转子稳定性;将微型叶栅安装在围带上时对流体激振的抑制效果整体优于安装在汽缸上,且每两动叶片间数量为10个(围带叶栅)与6个(汽缸叶栅)时,转子系统稳定性最好。     

组合凸肩叶片的固有特性分析

提供一种计算组合凸肩叶片固有特性的方法。用薄板-弹簧系统模拟组合凸肩叶片,建立互相耦合的一组单叶片振动微分方程,并将其转换到模态坐标上,其中,未知的弹簧刚度(凸肩作用刚度)可由试验获得。求解方程组的特征值问题即可获得组合叶片系统的固有频率和振型。计算结果表明,使用的方法能较好的处理组合凸肩叶片的固有特性问题。     

高层结构附加轨道非线性能量阱减振性能研究

轨道非线性能量阱(Track Nonlinear Sink,轨道NES)是一类被动减振控制装置,通过附加质量块沿轨道运动提供非线性回复力,以达到降低主体结构响应的目的。对轨道NES的回复力和控制系统的运动方程进行了理论分析和公式推导。对附加于32自由度主体结构的轨道NES进行了参数优化,优化后的轨道NES减振性能良好,并对装置刚度的变化具有较高的鲁棒性,但对装置阻尼变化较敏感。基于此问题,提出了单边碰振轨道非线性能量阱(Single-sided Vibro-impact Track Nonlinear Energy Sink,SSVI轨道NES),并考察了SSVI轨道NES装置刚度和阻尼同时发生变化时的减振性能。结果表明SSVI轨道NES能够有效降低结构响应,并同时具有良好的NES刚度和阻尼鲁棒性。     

A review on fluid structure interaction in hydraulic turbines: A focus on hydrodynamic damping

Hydraulic turbines include stationary and rotating components. The interaction of the components, mainly between the runner blades and distributor vanes, is critical when the frequency of the rotor-stator interaction (RSI) approaches the runner natural frequency. This causes resonance in the turbine runner and the premature failure of the blades. Several turbines have experienced such problems in the last few years. The studies indicated that the added mass effect causes change in natural frequency of the runner. In the critical conditions, when the runner natural frequency is close to the RSI frequency, hydrodynamic damping is an important parameter in controlling turbomachinery blade-forced response. A reliable technique that can predict/estimate the change in the runner natural frequency due to added mass has yet to be developed. This paper reviews the investigations conducted on fluid structure interaction (FSI) focusing on the role of hydrodynamic damping during resonance, RSI and added mass effect. In specific, the review includes: (1) role of boundary layer to improve the damping effect, (2) how nearby structure and submergence level changes the damping effect, (3) dependency on mode-shape, (4) how freestream velocity and vortex shedding helps to increase damping, (5) damping during cavitation, (6) damping variation with respect to a dimensionless β parameter and (7) damping effect during rotation. In the summary, need for the future study of FSI within the field of hydropower and how damping is important in avoiding the catastrophic failures in the early life of hydraulic turbines is discussed.     

基于叶尖定时的旋转叶片同步振动辨识新方法

为掌握旋转叶片在不同工作转速下的振动特性,利用叶尖定时测振系统对旋转叶片进行振动测试。分析了基于变速扫频测量的速矢端迹法理论,设计了一种多传感器辨识叶片同步振动的新方法。运用该方法对某型号航空设备的旋转叶片进行振动测量实验,准确地辨识出不同转速下旋转叶片的振动倍频、动频、振幅及阻尼系数等参数。频率和振幅辨识重复性精度分别高达0.0072Hz和5.7um。正确绘制出叶片振动坎贝尔图,实验辨识结果与叶片理论设计结果基本一致。