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压气机内部噪声特征与转子叶片声固耦合机理分析

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航空学报 2019年第5期40卷 119-128页

作者：赵奉同景晓东沙云东王晓宇栾孝驰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083 沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

航空发动机压气机转子叶片故障多由机械激励和气动激励造成,而高强声波对转子叶片的激振因素不容忽视。通过开展某型涡扇发动机压气机内部噪声测试试验,研究压气机转子叶片振动机理及其与噪声信号的对应关系。阐述了压气机内部旋转不稳... 详细信息

航空发动机压气机转子叶片故障多由机械激励和气动激励造成,而高强声波对转子叶片的激振因素不容忽视。通过开展某型涡扇发动机压气机内部噪声测试试验,研究压气机转子叶片振动机理及其与噪声信号的对应关系。阐述了压气机内部旋转不稳定性非定常压力波作用机制,提出了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法,完成了某型涡扇发动机压气机内部噪声信号测试,对噪声信号进行了频谱分析和声传播特性分析。研究结果表明,某型涡扇发动机压气机内部噪声信号频谱呈现高峰值纯音分量1 402Hz,并且该纯音分量与转子叶片通过频率呈现特定的频率组合关系。该纯音分量的噪声源在压气机内部沿发动机顺航向方向从后向前传播。利用旋转不稳定性理论,将声源频率在不同坐标系下进行转换,当噪声源周向模态数为13时,该纯音分量可调制出与高压一级转子叶片一阶振动频率相对应的激振频率。

关键词：压气机转子叶片特征频率旋转不稳定性声固耦合

连续纤维增强金属基复合材料涡轮轴结构承扭特性分析

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航空动力学报 2016年第6期31卷 1377-1384页

作者：沙云东贾秋月骆丽赵奉同栾孝驰沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院)辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参... 详细信息

为实现对该类复合材料部件结构完整性的设计分析,以连续纤维增强复合材料轴结构为研究对象,对比分析4种细观力学模型计算连续纤维增强金属基复合材料的力学性能参数;在此基础上,采用RVE(代表体积元)有限元模型计算的复合材料力学性能参数作为输入,建立连续纤维增强金属基复合材料轴结构力学分析模型.计算与对比分析不同材料方案下纤维增强金属基复合材料轴结构在扭转载荷作用下的变形量及承扭能力,当纤维体积分数一定时,方案4的变形量最小,方案2的临界屈曲转矩最大.

关键词：连续纤维增强复合材料低压涡轮轴细观力学方法变形量屈曲转矩

某型涡扇发动机中介轴承微弱故障特征信号提取技术

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科学技术与工程 2018年第13期18卷 167-174页

作者：栾孝驰沙云东沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

研究航空发动机在降转速过程中中介轴承微弱故障特征信号的提取技术,提出了一种基于计算阶次分析、三次样条插值分析与包络谱分析相结合的新方法。基于滚动轴承模拟故障实验和航空发动机中介轴承微弱故障实验测得的降速工况下的转速信... 详细信息

研究航空发动机在降转速过程中中介轴承微弱故障特征信号的提取技术,提出了一种基于计算阶次分析、三次样条插值分析与包络谱分析相结合的新方法。基于滚动轴承模拟故障实验和航空发动机中介轴承微弱故障实验测得的降速工况下的转速信号和振动信号,首先对转速信号在时域内积分获得角位移-时间信号;再对该信号进行线性插值获得等角度间隔的角位移-时间信号;然后利用该时间序列对振动信号进行三次样条差值获得等角度间隔分布的重采样振动信号;最后对重采样振动信号进行包络分析及快速傅里叶变换获得阶次包络谱。通过两种实验分析表明该方法能有效提取出复杂路径下航空发动机中介轴承微弱故障特征信息。该方法为航空发动机中介轴承微弱故障特征信号提取提供了一种重要手段,具有广泛的应用前景。

关键词：涡扇发动机中介轴承微弱轴承故障阶次包络谱重采样

SiC/TC4复合材料横向拉伸应力集中系数的表征及试验验证

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推进技术 2020年第5期41卷 1185-1192页

作者：沙云东姜卓群骆丽艾思泽栾孝驰沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料在横向拉伸荷载下基体产生应力集中的问题,提出了横向拉伸荷载下基体应力集中系数的表征方法。基于复合材料细观力学理论,通过编写程序在代表体积元(Representative Volume Element, RVE)模型上... 详细信息

针对纤维均匀排布的单向纤维增强复合材料在横向拉伸荷载下基体产生应力集中的问题,提出了横向拉伸荷载下基体应力集中系数的表征方法。基于复合材料细观力学理论,通过编写程序在代表体积元(Representative Volume Element, RVE)模型上施加周期性边界条件,实现了单、双轴横向拉伸荷载下基体应力集中系数的计算,并通过单向纤维增强SiC/TC4复合材料板的横向拉伸试验验证了所建模型的有效性。利用所建模型计算不同纤维体积分数、材料组分以及温度条件下基体应力集中系数并分析其影响规律。计算结果表明:单轴横向拉伸应力集中系数随着纤维体积分数的增加而增大,双轴横向拉伸应力集中系数随着纤维体积分数的增加呈现出先减小后增大的趋势;在20℃~500℃区间内,单轴横向拉伸应力集中系数最大可达2.8,双轴横向拉伸应力集中系数最大达2.4。

关键词：复合材料应力集中力学性能细观力学模型载荷

基于灰狼算法优化最大相关峭度反卷积的滚动轴承振动特征提取与表征方法

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航空动力学报 2023年

作者：李彦徵栾孝驰杨杰沙云东郭小鹏徐石沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室中国航发沈阳发动机研究所

针对滚动轴承早期微弱故障受背景环境噪声影响故障特征难以提取的问题，本文提出一种基于灰狼算法优化最大相关峭度反卷积的滚动轴承振动特征提取与表征方法。该方法采用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)将受强背景环境噪声干... 详细信息

针对滚动轴承早期微弱故障受背景环境噪声影响故障特征难以提取的问题，本文提出一种基于灰狼算法优化最大相关峭度反卷积的滚动轴承振动特征提取与表征方法。该方法采用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)将受强背景环境噪声干扰的微弱故障振动信号分解成若干信号分量，并依据峭度指标和相关系数作为筛选指标对各信号分量进行筛选和重构，通过灰狼算法(GWO)优化的最大相关峭度反卷积(MCKD)滤除重构信号中的噪声成分同时增强微弱故障特征成分，并对其进行包络解调实现微弱故障特征的提取。基于滚动轴承实验台数据及航空发动机真实整机数据开展了滚动轴承故障特征提取与表征方法有效性的综合验证。结果表明：该方法可有效滤除滚动轴承微弱故障振动信号中的强背景环境噪声成分同时增强微弱故障特征，经主轴承外圈微弱故障试验数据验证可知去噪信号与原始信号的峰值因子相比提高了2.43，有效增强振动信号中的冲击性成分，实现滚动轴承微弱故障特征的有效提取与表征。

关键词：航空发动机滚动轴承故障特征提取灰狼算法最大相关峭度反卷积

热声激励下高温合金薄壁结构振动响应试验验证与疲劳寿命预测

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推进技术 2017年第8期38卷 1847-1856页

作者：沙云东王建赵奉同栾孝驰白文君沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136

为了研究金属薄壁结构在热声循环激励下形成的内部残余应力(Residual Stress)对模态频率、响应规律及疲劳性能的影响,采用耦合的有限元/边界元法(FEM/BEM)对薄壁结构进行振动响应计算,重点研究带残余应力结构的动力学响应特性,并与试验... 详细信息

为了研究金属薄壁结构在热声循环激励下形成的内部残余应力(Residual Stress)对模态频率、响应规律及疲劳性能的影响,采用耦合的有限元/边界元法(FEM/BEM)对薄壁结构进行振动响应计算,重点研究带残余应力结构的动力学响应特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明,不同温度下基频的计算值与试验值获得很好的一致性,计算的应变响应结果与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。最终结合改进雨流计数法(Improved Rain-flow Counting)、Morrow平均应力模型、Miner线性损伤累积理论计算随机疲劳寿命。结果表明,带残余应力结构在屈曲前后温度为50℃,150℃,250℃所对应的损伤量级分别为10-7,10-4,10-7,疲劳寿命也表现出先减小后增大趋势,且硬化现象使疲劳寿命整体降低,寿命谷值随温度变化发生偏移。

关键词：热声激励薄壁结构振动响应疲劳寿命残余应力试验验证

多通道振动信号与滑油屑末信息融合的滚动轴承状态监控方法

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仪器仪表学报 2024年

作者：栾孝驰白天赵俊豪沙云东雷志浩沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室

针对单一检测手段难以对航空发动机主轴承进行状态监测以及准确诊断故障的问题,提出多通道振动信号与滑油屑末信息融合的滚动轴承状态监控方法。该方法首先通过建立的多通道振动信息加权融合模型将多个振动传感器测得的数据进行加权融合... 详细信息

针对单一检测手段难以对航空发动机主轴承进行状态监测以及准确诊断故障的问题,提出多通道振动信号与滑油屑末信息融合的滚动轴承状态监控方法。该方法首先通过建立的多通道振动信息加权融合模型将多个振动传感器测得的数据进行加权融合,然后利用CEEMDAN对融合后的信号进行分解,根据峭度-相关系数筛选准则筛选出强冲击性分量进行重构,得到一个富含轴承故障特征信息的振动信号;再选用总有效值作为时域特征参数、提出特征能量作为频域特征参数;通过选取隶属度函数,根据实际情况及专家经验定义模糊推理规则,基于模糊推理理论将总有效值和特征能量进行第1次融合为振动信息参数F1;然后将测得的滑油金属屑末数作为剥落屑末信息参数F2,再基于模糊推理理论将F1与F2进行第2次融合分析;最后监测滚动轴承状态并诊断轴承故障。开展航空发动机主轴承剥落扩展试验,安装振动及滑油屑末检测系统,同步采集轴承剥落全程的振动及滑油屑末信息,并应用所提出方法对所测得数据进行分析。结果表明,多通道振动信号与滑油屑末信息融合的滚动轴承状态监控方法可进行故障特征综合分析并有效判别轴承运行状态。

关键词：滚动轴承振动信号滑油金属屑末多通道信息融合峭度-相关系数准则状态监控航空发动机

带有温度梯度的热载荷与声载荷作用下薄板动态响应

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振动与冲击 2014年第18期33卷 102-109页

作者：沙云东朱林栾孝驰张国治冯飞飞沈阳航空航天大学辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室沈阳110136

随着先进飞行器性能的提高,它们面临着日益严峻的热、噪声、机械载荷等,在这些复杂载荷的作用下,会引发非线性振动特性。特别是高超飞行器的气动加热引起的高温直接影响材料的选择并且显著地改变结构的设计实践,所形成的热梯度与内部热... 详细信息

随着先进飞行器性能的提高,它们面临着日益严峻的热、噪声、机械载荷等,在这些复杂载荷的作用下,会引发非线性振动特性。特别是高超飞行器的气动加热引起的高温直接影响材料的选择并且显著地改变结构的设计实践,所形成的热梯度与内部热膨胀也会使结构产生热屈曲现象。考虑到热声载荷的影响,针对带有温度梯度的热载荷与随机声载荷作用下四边简支板振动特性进行了研究。通过各向同性矩形薄壁结构在热声载荷作用下的大挠度非线性控制方程,导出了四边简支板的模态频率以及温度梯度作用下的热屈曲温度差。采用有限元数值计算方法计算了热声载荷作用下简支板热屈曲前后的动态应力响应,并对应力的概率密度、功率谱密度、有效值进行了详细的统计分析。

关键词：薄壁结构温度梯度热屈曲温度差应力动态响应统计分析

基于WPD-KVI-Hilbert变换相结合的滚动轴承早期故障特征精准识别

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推进技术 2022年第2期43卷 356-367页

作者：栾孝驰沙云东柳贡民徐石赵宇赵奉同朱林沈阳航空航天大学航空发动机学院辽宁省航空推进系统先进测试技术重点实验室辽宁沈阳110136 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国航发南方工业有限公司湖南株洲412000

为了能够有效地从轴承早期故障激励的高频振动信号中提取出故障特征信息,基于最优小波包基选取方法和峭度值最大筛选原则,提出了一种改进的小波包分解(WPD)、峭度值指标(KVI)与Hilbert变换相结合的滚动轴承早期故障特征识别方法。计算... 详细信息

为了能够有效地从轴承早期故障激励的高频振动信号中提取出故障特征信息,基于最优小波包基选取方法和峭度值最大筛选原则,提出了一种改进的小波包分解(WPD)、峭度值指标(KVI)与Hilbert变换相结合的滚动轴承早期故障特征识别方法。计算选取最优小波包基,确定分解层数;采用WPD方法对轴承故障振动信号进行分解,获得若干个Node分量;基于峭度值指标最大原则筛选出有效的Node分量进行信号重构;对重构信号进行包络解调分析,提取出故障特征频率对轴承故障进行诊断。采用建立的方法对凯斯西储大学滚珠轴承外圈、内圈故障实验数据和自行开展的滚棒轴承外圈、滚动体故障实验数据进行了分析与诊断。研究结果表明:该方法能够有效提高故障信号高频分辨率、保留周期性冲击成分,并能准确有效提取出滚珠和滚棒轴承故障特征频率的1~7倍频及其与轴转频调制的系列边频带频率,实现对滚动轴承故障特征的精准识别与故障诊断。

关键词：最优小波包基峭度值滚珠轴承滚棒轴承早期故障诊断