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大型容器内部管路涡激振动共振研究与固有频率分析

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大型容器内部管路涡激振动共振研究与固有频率分析

作者：陈勇天津大学

学位级别：硕士

本文针对某大型容器内部管路的涡激振动共振问题进行研究,旨在确定容器内部管路在不同流场条件下涡激振动发生共振的风险并确定危险管路及其振动位移情况,同时还需分析流体对管路的冲击情况和管路的受力状况。在完成上述工作的同时,研... 详细信息

本文针对某大型容器内部管路的涡激振动共振问题进行研究,旨在确定容器内部管路在不同流场条件下涡激振动发生共振的风险并确定危险管路及其振动位移情况,同时还需分析流体对管路的冲击情况和管路的受力状况。在完成上述工作的同时,研究支撑方式对结构固有频率的影响并找到最优化的支撑方式。最后确定液位高度与上盖板等效厚度对U型管固有频率的影响。本文主要研究内容如下:首先,根据容器内部管路结构对模型进行简化处理,将内部管路分成四种管路类型:U型管、直管、异型管、盘管。用Solid Works软件建立各型管路的三维模型,基于ANSYS Workbench中模态分析模块对各型管路进行有限元分析,确定其在液体中的固有频率,并对模型进行谐响应分析,确定其各阶固有频率的响应状况。其次,在进行大型容器内部流场模拟的基础上,提取各管型对应的流体来流速度。对各管型分别建立数值模拟分析模型,基于ANSYS Workbench中瞬态结构力学分析模块和Fluent流体力学分析模块耦合的方式分析不同管型产生卡曼涡街的情况,确定其涡街振动频率。分析各型管路对应流速下的涡激振动频率与固有频率的比值以确定其产生共振的风险。结果显示:U型管路的涡激振动频率较为接近固有频率,其比值最大可达0.3645,为确定较危险管路的涡激振动情况,需对其振动响应与挠度进行分析,还需确定容器内部管路在水流冲击下的应力状况,为结构的安全做参考。然后,在以上分析的基础上,确定容器内部管路中的U型管结构固有频率较低,考虑增加支撑以提升其固有频率。通过模拟直管段长度和支撑间距对U型管结构固有频率的影响,发现/7)=1.115,7)/7)=0.318是提升U型管固有频率效率较高的结构形式。最后,U型管结构在罐内液位发生变化时固有频率会有所变化,对其变化规律进行模拟分析,发现降低液位能使U型管固有频率上升但液位较高时提升作用不明显。另外,在分析单根U型管固有频率的基础上,考虑U型管束与上盖板作为一个整体进行研究。模拟结果表明,当上盖板的等效厚度大于35mm时,整体的固有频率与单根管的固有频率模拟结果十分吻合。

关键词：管路涡激振动共振固有频率流固耦合

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共振频带齿轮故障振动特征分析

振动工程学报 2020年第2期33卷 424-432页

作者：于欣楠陈小旺冯志鹏北京科技大学机械工程学院北京100083

齿轮故障引起的冲击激发齿轮箱甚至测试系统共振,共振频带携带齿轮故障信息,可以利用这一性质诊断齿轮故障。建立了共振频带内齿轮故障振动信号的调幅-调频模型,推导归纳了共振频带内故障边带特点以及幅值和频率解调谱特征规律。根据共... 详细信息

齿轮故障引起的冲击激发齿轮箱甚至测试系统共振,共振频带携带齿轮故障信息,可以利用这一性质诊断齿轮故障。建立了共振频带内齿轮故障振动信号的调幅-调频模型,推导归纳了共振频带内故障边带特点以及幅值和频率解调谱特征规律。根据共振频率不随转速变化的性质,提出了齿轮箱/测试系统共振频率的识别方法,即直接根据振动信号的时频结构识别共振频率,无需进行模态试验测试。针对时变复杂边带识别的难点,提出共振频带分量的时变幅值解调和频率解调方法,直接提取故障特征。通过数值仿真和实验测试验证上述特征规律和分析方法,成功识别了共振频率,并在恒定转速与时变转速工况下准确提取了故障特征。

关键词：故障诊断齿轮箱共振时频分析解调

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有界大洋对纬向风强迫的响应及共振

物理学报 2018年第8期67卷 273-288页

作者：张东凌卢姁张铭中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心北京100029 中国人民解放军61741部队北京100094 解放军理工大学气象海洋学院大气环流与短期气候预测实验室南京211101

为揭示北太平洋主、次要气候模态即太平洋年代际振荡(PDO)和北太平洋流涡振荡(NPGO)的形成机理及其振荡周期与大洋水平尺度之间的联系,采用中纬β通道中的约化重力准平衡线性大洋模型,解析求解了纬向风强迫下的大洋流场响应,讨论了其中... 详细信息

为揭示北太平洋主、次要气候模态即太平洋年代际振荡(PDO)和北太平洋流涡振荡(NPGO)的形成机理及其振荡周期与大洋水平尺度之间的联系,采用中纬β通道中的约化重力准平衡线性大洋模型,解析求解了纬向风强迫下的大洋流场响应,讨论了其中的共振问题.1)有界大洋的响应形态分别类似于冬季PDO和NPGO的流场模.2)响应形态分别表现为在大洋西海岸以东,前者有一个椭圆状流涡,后者有南北两个旋转方向相反的流涡并构成流涡偶;在整个大洋,前者有一个洋盆尺度环流,后者在大洋南北分别有两个旋转方向相反的洋盆尺度环流;在中纬度西风急流异常位置偏北和偏南,则能分别强迫出以上的两种情况.3)大洋流场对纬向风场强迫的响应频率(周期)与纬向风强迫频率(周期)相同,但大洋响应要滞后于纬向风的强迫;而响应流场即流函数的强度则与纬向风强迫的大小成正比.当纬向风强迫频率(周期)与该大洋固有频率(周期)相同时,二者会有共振发生,此时大洋响应最为强烈;而二者频率(周期)相差较远时,响应则不大.摩擦越小共振就越强,共振的个数也越多.有界大洋东西向的长度对其固有频率(周期)即共振频率(周期)有明显影响,并起着决定作用;当该长度减小时,相邻两个共振周期的间隔会增大.海洋大气间的两两非线性相互作用,使得随机风场的振荡包含了从极低频到高频的各种成分;通过该共振,可从中挑选出与大洋固有频率相同或相近的共振频率,在该频率上流场对风场的响应最为强烈,从而也就锁定了PDO和NPGO的周期.最终结论为:非线性相互作用、风场对流场的强迫、共振是造成PDO和NPGO的三个关键因子;该解析解的性质为时变的共振Rossby波.

关键词：有界大洋纬向风共振太平洋年代际振荡

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共振式消声器声学性能分析

内燃机工程 2006年第1期27卷 66-70页

作者：阮登芳邓兆祥杨诚重庆大学机械传动国家重点试验室重庆400044

在保持连接管结构形状及尺寸不变、共振腔容积不变的条件下，分析了单节共振式消声器腔体结构对其声学特性的影响。结果表明；共振式消声器腔体深宽比对其共振频率有较大的影响，截面宽高比有一定的影响，但相对较小。当腔体形状接近于... 详细信息

在保持连接管结构形状及尺寸不变、共振腔容积不变的条件下，分析了单节共振式消声器腔体结构对其声学特性的影响。结果表明；共振式消声器腔体深宽比对其共振频率有较大的影响，截面宽高比有一定的影响，但相对较小。当腔体形状接近于立方体时，消声器共振频率最大，此时用集中参数模型估算消声器共振频率与实际值偏差最小，腔体深宽比减小或增大，共振频率均向低频方向移动，当腔体深度大于波长的10％～16％时，用一维轴向模型估算消声器共振频率与实际值吻合较好；随着截面宽高比的增加，消声器共振频率向低频方向移动，截面形状愈扁，共振频率变化幅度愈大。

关键词：内燃机共振消声器声学性能

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具有腔内光放大的单共振光参量振荡器

物理学报 2005年第10期54卷 4754-4760页

作者：邓诚先李正佳朱长虹激光技术国家重点实验室华中科技大学武汉430074

推导了描述稳态运行,具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器(ICOASRO)的功率特性的高斯光束理论.在这种结构的单共振光参量振荡器(SRO)中,适当地选择光放大器的参数,可以很大程度地降低单共振光参量振荡器的抽运阈值.在平均场近似... 详细信息

推导了描述稳态运行,具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器(ICOASRO)的功率特性的高斯光束理论.在这种结构的单共振光参量振荡器(SRO)中,适当地选择光放大器的参数,可以很大程度地降低单共振光参量振荡器的抽运阈值.在平均场近似下无二阶非线性交叉耦合作用的具有腔内光放大的环形腔单共振光参量振荡器的工作范围分成四个工作区域,且存在最小的单共振光参量振荡器的抽运阈值.文中的分析考虑了作为光放大器的激光增益介质的端面抽运特性,考虑了一般化单共振光参量振荡器的特性.

关键词：单共振光参量振荡器光放大阈值光参量振荡器光放大器共振腔内功率特性端面抽运二阶非线性

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共振振动系统中两激振器的自同步

东北大学学报（自然科学版） 2012年第12期33卷 1754-1757页

作者：赵春雨王立任杰闻邦椿东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

提出了一种新型的双机驱动共振式振动机结构.振动体由支撑刚体与物料箱刚体组成,物料箱有4个自由度,支撑刚体仅存在共振方向一个自由度.物料箱通过软弹簧安装在与共振方向垂直的平面内.除了在共振方向与支撑刚体一起运动外,物料箱还在... 详细信息

提出了一种新型的双机驱动共振式振动机结构.振动体由支撑刚体与物料箱刚体组成,物料箱有4个自由度,支撑刚体仅存在共振方向一个自由度.物料箱通过软弹簧安装在与共振方向垂直的平面内.除了在共振方向与支撑刚体一起运动外,物料箱还在此平面内有两个平动自由度和一个转动自由度,且为超共振工作状态.利用拉格朗日方程建立了系统运动方程,推导出实现同步条件及同步运动的稳定性条件.通过数值计算分析了同步能力系数与系统结构参数的关系.结果表明:两偏心转子安装距离越小,共振激励角越小,系统同步能力越强;而两个刚体质量比值对同步能力影响较小.

关键词：振动系统自同步稳定性共振相位差

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超声波作用下泡群的共振声响应

物理学报 2013年第13期62卷 314-320页

作者：胡静林书玉王成会李锦陕西师范大学应用声学研究所西安710062

从球状泡群气泡动力学方程出发,考虑泡群间次级声辐射的影响,得到了声场中两泡群共同存在时气泡振动的动力学方程,并以此为基础探讨声波驱动下双泡群振动系统的共振响应特征.由于泡群间气泡间的相互作用,系统存在低频共振和高频共振现象... 详细信息

从球状泡群气泡动力学方程出发,考虑泡群间次级声辐射的影响,得到了声场中两泡群共同存在时气泡振动的动力学方程,并以此为基础探讨声波驱动下双泡群振动系统的共振响应特征.由于泡群间气泡间的相互作用,系统存在低频共振和高频共振现象,两不同共振频率的数值与泡群内气泡的本征频率相关.泡群内气泡的本征频率又受到初始半径、泡群大小和泡群内气泡数量的影响.气泡自由振动和驱动声波的耦合激起泡群内气泡的受迫振动,气泡初始半径、气泡数密度和驱动声波频率等都会影响泡群内气泡的振动幅值和初相位.

关键词：气泡群共振声响应超声空化

共振失效下复杂转子系统的可靠性稳健优化设计

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东北大学学报(自然科学版) 2014年第11期35卷 1592-1596页

作者：朱丽莎张义民王长一东北大学机械工程与自动化学院沈阳机床股份有限公司

针对大型复杂转子系统,根据其失效的判定准则,提出了基于共振失效的可靠性模型并对转子系统进行了可靠性稳健优化设计.首先,基于转子动力学理论判定了系统的主要失效模式,识别出最薄弱环节,预测了系统实际隔离裕度与许用隔离裕度,根据... 详细信息

针对大型复杂转子系统,根据其失效的判定准则,提出了基于共振失效的可靠性模型并对转子系统进行了可靠性稳健优化设计.首先,基于转子动力学理论判定了系统的主要失效模式,识别出最薄弱环节,预测了系统实际隔离裕度与许用隔离裕度,根据实际隔离裕度大于许用隔离裕度的关系准则,建立基于共振失效模式的可靠性模型;然后,基于神经网络技术、可靠性设计理论以及改进后的可靠性灵敏度计算方法,得到系统可靠度和基本随机变量对可靠度的影响程度,并对其进行排序,找到对系统影响较大参数后,在保证一定可靠度前提的基础上,对系统进行了可靠性稳健优化设计,使参数对可靠度的敏感程度降低.

关键词：可靠性转子共振稳健隔离裕度

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一种新的亚酞菁的共振三阶非线性光学性质

物理学报 2000年第2期49卷 252-255页

作者：梁志坚唐福龙干福熹孙真荣杨希华丁良恩王祖赓中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800 华东师范大学物理系国家教委华东师范大学量子光学开放实验室上海200062

用简并四波混频技术研究了一种新的亚酞菁(三新戊氧基溴硼亚酞菁)的三阶非线性光学性质.测得纯固体三新戊氧基溴硼亚酞菁的三阶非线性极化率χ(3)pure和分子二阶超极化率〈γ〉分别为69×10-10esu和30×10-31esu.χ(3)pure的响应时间为2... 详细信息

用简并四波混频技术研究了一种新的亚酞菁(三新戊氧基溴硼亚酞菁)的三阶非线性光学性质.测得纯固体三新戊氧基溴硼亚酞菁的三阶非线性极化率χ(3)pure和分子二阶超极化率〈γ〉分别为69×10-10esu和30×10-31esu.χ(3)pure的响应时间为20ps.

关键词：亚酞菁共振三阶非线性光学性质