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适用于优化建筑结构声振特性的多重模态减缩策略

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振动工程学报 2023年第4期36卷 1015-1023页

作者：黄行蓉姚毅张大义北京航空航天大学中法工程师学院北京100191 北京航空航天大学杭州创新研究院(余杭) 浙江杭州310023 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191

建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙... 详细信息

建筑结构的声振特性是衡量建筑舒适性的重要指标之一,也是直接影响建筑使用寿命的重要因素,开展建筑结构声振特性优化的设计方法研究具有重要的工程意义。以建筑结构为研究对象,将其看作声固耦合系统——固体域为混凝土材质的楼板和墙壁板构成的长方体结构,结构内部腔体填满可压缩空气。引入分支模态发展了多重模态综合理论,建立了基于子结构固定界面模态、连接面分支模态和声学体自由子结构模态的减缩模型,极大地提升了声固耦合系统声振特性的分析效率;基于该减缩模型发展了一套建筑结构内部声压级优化方法,重点分析了建筑结构内部声压级与墙壁厚度、楼板-墙壁连接面上刚度之间的定量关系,并以腔体内部平均声压级为优化指标给出了优化策略。本文所提出方法和分析结果可为建筑结构声振特性的分析和设计提供参考。

关键词：声模态声固耦合模态综合固定界面模态分支模态

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碳陶双基体复合材料壳结构的振动分析

航空动力学报 2011年第5期26卷 1142-1147页

作者：张大义洪杰任德新北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对某碳陶双基体复合材料的冲压发动机燃烧室衬套结构,在缺少复合材料机械性能参数的情况下,提出一种振动分析的工程实用方法.建立了衬套结构的有限元模型,通过固有振动特性和随机载荷环境中的振动响应计算分析,对结构的动力学设计进... 详细信息

针对某碳陶双基体复合材料的冲压发动机燃烧室衬套结构,在缺少复合材料机械性能参数的情况下,提出一种振动分析的工程实用方法.建立了衬套结构的有限元模型,通过固有振动特性和随机载荷环境中的振动响应计算分析,对结构的动力学设计进行评估,为复合材料壳结构的振动分析以及冲压发动机中典型壳结构的动力学设计和评估提供参考.

关键词：复合材料壳结构振动有限元分析谱分析

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气流激励下的叶片高周疲劳寿命研究的发展

航空动力学报 2009年第3期24卷 652-661页

作者：洪杰张大义陈璐璐北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

航空发动机中叶片振动引起的高循环疲劳失效是尤为突出的问题,对近年来国内外关于叶片高周疲劳寿命的基本方法和研究进展进行了较为详细的综述,总结了目前叶片高周疲劳寿命研究的方法和特点.指出开展叶片高周疲劳寿命预估方法研究的重... 详细信息

航空发动机中叶片振动引起的高循环疲劳失效是尤为突出的问题,对近年来国内外关于叶片高周疲劳寿命的基本方法和研究进展进行了较为详细的综述,总结了目前叶片高周疲劳寿命研究的方法和特点.指出开展叶片高周疲劳寿命预估方法研究的重要途径是完善叶片系统在尾流激励下的动力响应分析方法和将概率设计引进叶片高周疲劳寿命评估.而进行叶片系统的振动响应分析,依赖于轮盘-叶片一体的三维实体模型的精确建立和适合于工程应用的流固耦合求解技术的完善.

关键词：叶片高周疲劳振动概率设计

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径向支承刚度非对称转子系统振动特性分析

推进技术 2022年第2期43卷 250-259页

作者：曾振坤张大义黄巍杨诚北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海200241

为研究径向支承刚度非对称对航空发动机转子系统的影响,采用集中参数模型和有限元理论建立此类转子振动特性的求解方法,研究关键影响参数及影响规律。结果表明:支承刚度非对称导致转子系统在两正交方向质量刚度特性不同,使稳态响应相位... 详细信息

为研究径向支承刚度非对称对航空发动机转子系统的影响,采用集中参数模型和有限元理论建立此类转子振动特性的求解方法,研究关键影响参数及影响规律。结果表明:支承刚度非对称导致转子系统在两正交方向质量刚度特性不同,使稳态响应相位非同步变化和幅值差异,这是引发转子反进动涡动和椭圆形轴心轨迹的内在原因。增大支承刚度非对称程度使转子椭圆进动轨迹离心率增大,各阶临界转速单调变化;增大支承阻尼能有利于降低支承刚度非对称对转子响应幅值和进动状态的不利影响;利用ANSYS求解刚度非对称转子系统的多阶模态频率误差不大于0.3%,稳态响应峰值误差不大于0.96%,验证了利用ANSYS求解的可行性。

关键词：支承刚度刚度非对称临界转速不平衡响应有限元

多级多重模态减缩策略及其在转子系统动力学特性分析上的应用

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振动工程学报 2024年第5期37卷 737-746页

作者：姚毅黄行蓉管晓乐徐迅张大义北京航空航天大学中法工程师学院/国际通用工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机研究院北京102206 北京理工大学机械与车辆学院北京100081 航天科工空天动力研究院(苏州)有限责任公司江苏苏州215131 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191

航空发动机转子部件众多,多部件高维复杂系统计算量大,导致动力学分析困难、计算时间长,进而影响转子结构设计和动力学验证的效率。基于部件模态综合方法,提出一种针对多部件高维复杂系统降维计算的多级模态减缩策略。对每个单独的子结... 详细信息

航空发动机转子部件众多,多部件高维复杂系统计算量大,导致动力学分析困难、计算时间长,进而影响转子结构设计和动力学验证的效率。基于部件模态综合方法,提出一种针对多部件高维复杂系统降维计算的多级模态减缩策略。对每个单独的子结构利用固定界面模态减缩,并行减缩各子结构的内部自由度,同时完整保留子结构间的耦合关系。通过子结构组合定义新一级的子结构,应用多级模态减缩策略提升降维减缩效果,结合多重模态减缩方法,构建界面分支模态,可显著降低转子有限元模型的维数,同时保留关键子结构的动力学特征和系统整体关键动力学特性。此计算策略被用于某弹用发动机转子系统低维减缩模型的建立,利用减缩模型提升了转子动力学分析的效率,加速轴承刚度参数的优化设计。研究结果表明,与ANSYS计算相比,转子动力学分析所需时间降低了99.5%,精度误差不超过0.1%,该计算策略可用于多部件高维复杂系统的快速分析。

关键词：转子动力学部件模态综合多级模态减缩模态减缩部件优化

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带颗粒型金属橡胶夹层阻尼结构的振动响应研究

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推进技术 2015年第1期36卷 124-129页

作者：任德新张大义何易峰陈璐璐洪杰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 中航商用航空发动机有限责任公司上海201108

针对冲压发动机中高温板壳结构的振动抑制需求，提出新型颗粒金属橡胶夹层阻尼结构，基于模态应变能法建立了其动力学理论模型和数值求解方法。与试验结果对比表明，共振幅值的相对误差不大于20%。进一步采用理论分析与试验相结合的手... 详细信息

针对冲压发动机中高温板壳结构的振动抑制需求，提出新型颗粒金属橡胶夹层阻尼结构，基于模态应变能法建立了其动力学理论模型和数值求解方法。与试验结果对比表明，共振幅值的相对误差不大于20%。进一步采用理论分析与试验相结合的手段，论述了颗粒型金属橡胶夹层阻尼的有效性，可有效降低振动响应3～8倍；随着填充密度的增加，减振效果增加；对于一弯和二弯振动，下部填充减振效果最好，而在下部填充，振动响应会被放大；依据数值计算获得的应变能分布结果，进行夹层设计可达到良好的减振效果。

关键词：板壳振动抑制金属橡胶振动响应试验

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凸肩径向位置对风扇叶片振动特性的影响

航空动力学报 2015年第12期30卷 2817-2823页

作者：洪杰文敏马艳红张大义北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对带凸肩风扇叶片的动力学设计需求,研究凸肩径向位置对风扇叶片振动特性的影响规律.基于梁理论建立带凸肩风扇叶片的力学模型,采用瑞利法推导了1阶固有频率解析解,并获得了1阶固有频率随凸肩径向位置的变化规律.基于非线性接触有限元... 详细信息

针对带凸肩风扇叶片的动力学设计需求,研究凸肩径向位置对风扇叶片振动特性的影响规律.基于梁理论建立带凸肩风扇叶片的力学模型,采用瑞利法推导了1阶固有频率解析解,并获得了1阶固有频率随凸肩径向位置的变化规律.基于非线性接触有限元法,研究了凸肩径向位置对接触状态和振动特性的影响.研究结果表明:凸肩径向相对位置为0.75时,可使叶片具有最大的刚度值和1阶固有频率值.而综合考虑多阶模态频率时,凸肩径向相对位置为0.55至0.68时,叶片振动特性最优.凸肩接触正压力随凸肩径向位置增加而下降,切向接触刚度随凸肩径向位置的增加先增加后减小.

关键词：凸肩叶片瑞利法刚度振动特性

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带凸肩风扇叶片振动特性及设计方法研究

推进技术 2015年第9期36卷 1389-1394页

作者：陈璐璐张大义文敏洪杰中航商用航空发动机有限责任公司上海201108 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

针对涡扇发动机带凸肩风扇叶片，考虑凸肩接触带来的刚度和阻尼的非线性影响，采用Newton-Rapson迭代与多次谐波平衡相结合的方法，研究了结构设计参数对约束模态和振动响应的影响。研究结果表明：凸肩位置是影响叶片整体刚性和共振频... 详细信息

针对涡扇发动机带凸肩风扇叶片，考虑凸肩接触带来的刚度和阻尼的非线性影响，采用Newton-Rapson迭代与多次谐波平衡相结合的方法，研究了结构设计参数对约束模态和振动响应的影响。研究结果表明：凸肩位置是影响叶片整体刚性和共振频率的关键参数，凸肩径向相对位置设计在55%-75%为宜，有利于提高叶片刚度和降低振动变形；轴向位置应靠近叶型质心，以提高凸肩的接触刚度和叶片一阶共振频率；啮合角和初始过盈量主要影响共振应力，而对共振频率影响很小。在此基础上，建立了带凸肩叶片的减振设计流程，首先通过优化凸肩径向位置提高叶片整体刚度，其次通过优化凸肩轴向位置提高低阶模态共振裕度，最后通过优化啮合角和初始过盈量抑制振动应力幅值。

关键词：凸肩风扇叶片干摩擦减振模态响应

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带冠涡轮叶片振动特性的子区间组合分析方法

推进技术 2017年第10期38卷 2323-2330页

作者：刘继兴张大义王存洪杰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191

为准确计算分析带冠涡轮叶片振动特性的非确定性问题,将区间组合法与有限元法相结合,发展了适用于复杂结构振动特性的区间求解方法,并建立了基于商用有限元软件的区间振动特性求解流程。考虑工况温度、叶冠接触状态和榫头约束角刚度的... 详细信息

为准确计算分析带冠涡轮叶片振动特性的非确定性问题,将区间组合法与有限元法相结合,发展了适用于复杂结构振动特性的区间求解方法,并建立了基于商用有限元软件的区间振动特性求解流程。考虑工况温度、叶冠接触状态和榫头约束角刚度的分散性,对带冠涡轮叶片的模态特性和振动响应进行了求解,研究得到了典型结构、载荷等非确定性参数对叶片振动特性的影响规律。研究结果表明,与蒙特卡洛法相比,该方法可使计算效率提高10倍以上,计算结果的相对误差不大于50%,获得振动特性的区间结果更为可靠,并且该方法无需对非确定性参数的概率分布进行假设,具有良好的工程应用前景。

关键词：叶片非确定性区间方法有限元法振动特性