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航空发动机部件结构振动特性和响应分析的模型减缩方法

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航空发动机部件结构振动特性和响应分析的模型减缩方法

作者：李若愚重庆大学

学位级别：硕士

航空发动机是一种在复杂载荷工况下工作的复杂机械装备。随着其性能的不断提高,对于航空发动机结构振动特性预测准确度的要求也逐渐提高。并且,由于发动机各个部件的结构复杂性不断提高,使得振动特性分析的计算规模大幅增加。因此,有必... 详细信息

航空发动机是一种在复杂载荷工况下工作的复杂机械装备。随着其性能的不断提高,对于航空发动机结构振动特性预测准确度的要求也逐渐提高。并且,由于发动机各个部件的结构复杂性不断提高,使得振动特性分析的计算规模大幅增加。因此,有必要针对发动机的结构部件研究合理有效的模型降阶方法,在保证计算精度的同时,提高动力学特性分析的效率。为此,本文的研究工作从以下两个方面展开:针对航空发动机压气机叶盘结构线性振动为主且不同叶片之间存在几何不确定性这一特点,采用基于结构分解的自由界面模态综合法对整体叶盘结构进行模型降阶。对于这个过程中容易出现的由于网格尺寸不同、曲面离散误差以及界面几何形状变形等因素引起的不同子结构之间界面节点不匹配的问题,引入三角形（二维结构）和金字塔形（三维结构）间隙单元,得到不同结构界面节点之间位移和力的转换关系。在不改变有限元模型总能量的基础上,将传统模态综合法中子结构之间位移和力的平衡条件进行改写,使其适用于网格不匹配结构之间的模态综合。因为在构造间隙单元的过程中只利用了子结构的界面节点信息,所以无需对原有的子结构有限元模型进行修改。因此,这种方法可以直接应用于现有的模态综合法之中。之后,利用改进后的模态综合法,对两个二维模型及一个简化的三维单扇区叶盘结构的振动特性进行分析,并与有限元方法直接计算结果进行对比。结果表明,对于存在网格不匹配情况的二维、三维结构而言,无论子结构有限元模型界面处是否存在空隙,通过改进后的模态综合法得到的减缩模型都可以反映出结构原有的振动特性。并且由于模型规模降低,计算效率也得到了提高。针对航空发动机机匣以薄壁板壳结构为主且易发生几何非线性变形这一特点,利用板壳结构的几何非线性减缩模型对其进行分析。根据板壳大变形理论以及弱几何非线性系统的减缩方法,在原有的线性动力学振动方程基础上,考虑模态耦合的影响,添加额外的二次及三次非线性刚度矩阵来描述几何非线性变形。对于构造减缩模型时遇到的减缩基选取以及非线性项系数求解等问题,则通过对结构施加静力载荷、求解相应的非线性变形来判断结构不同模态之间的耦合程度,并根据计算结果构造模型减缩基、求解相应的非线性系数。之后,利用非线性模型减缩方法,分别得到了两端固支梁、平板结构以及简化的薄壁机匣的减缩模型。用上述减缩模型分析结构受到特定频率范围内的随机激励作用时的非线性结构响应,并与完整有限元模型之间计算结果进行对比。结果表明,对于板、梁和壳结构,可以利用非线性减缩模型进行结构动力学特性分析。而对于对称的平板和直梁模型,在构造减缩模型的时候,可以忽略二次非线性项的影响而只考虑三次项。此外,减缩模型非线性项的系数之间存在一定的数量关系,因此可以利用这一关系来减少待求解的未知系数的数量,提高分析效率。

关键词：减缩模型动力学分析模态综合法几何非线性

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氧化镁膨胀剂研究

砖瓦 2024年第2期 85-88页

作者：刘义军甘肃省建设工程检验检测认证中心有限公司甘肃兰州730070

氧化镁膨胀剂(MEA)是一种可以有效补偿混凝土收缩的外加剂。系统总结了MEA的制备方法,并对煅烧菱镁矿法制备MEA的影响因素进行了汇总分析,煅烧温度、煅烧时间和初始尺寸是决定MEA水化反应活性的关键因素。同时,概述了将不同活性的MEA添... 详细信息

氧化镁膨胀剂(MEA)是一种可以有效补偿混凝土收缩的外加剂。系统总结了MEA的制备方法,并对煅烧菱镁矿法制备MEA的影响因素进行了汇总分析,煅烧温度、煅烧时间和初始尺寸是决定MEA水化反应活性的关键因素。同时,概述了将不同活性的MEA添加至普通混凝土或超高性能混凝土(UHPC),MEA对其收缩补偿效果的影响规律,最后对MEA在混凝土中的减缩模型进行了分析,以期为MEA在混凝土尤其是UHPC中的应用提供参考。

关键词：氧化镁膨胀剂(MEA) 补偿收缩减缩模型

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基于非线性模态的复杂系统动力学特性分析方法

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北京航空航天大学学报 2019年第7期45卷 1337-1348页

作者：黄行蓉刘久周李琳北京航空航天大学中法工程师学院北京100083 中国运载火箭技术研究院北京100076 北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083

针对非线性问题计算方法复杂和计算时间冗长一直是动力学领域的难点问题,给出了一套简单、准确、高效的非线性模态分析方法,对于常见的非线性系统(如杜芬系统、干摩擦系统和非线性材料等)均适用,具有一般性。首先,给出所提方法的基本理... 详细信息

针对非线性问题计算方法复杂和计算时间冗长一直是动力学领域的难点问题,给出了一套简单、准确、高效的非线性模态分析方法,对于常见的非线性系统(如杜芬系统、干摩擦系统和非线性材料等)均适用,具有一般性。首先,给出所提方法的基本理论与分析流程;然后,以杜芬系统为例阐述了其在非线性实模态域的应用,以干摩擦系统为例描述了其在非线性复模态域的应用,以压电系统为例展示了其在多场耦合域的应用;最后,给出了基于该理论对大型复杂非线性系统求解时的减缩方法。所提方法的核心在于建立非线性模态参数关于模态幅值的变化规律,不仅将系统的稳态响应求解问题简化为一维代数问题,极大地简化了数值计算过程,而且有助于分析、理解系统的非线性动力学行为。将所提方法与模态综合法结合,可用于高效求解大型复杂非线性系统动力学特性。

关键词：非线性模态分析模态综合杜芬干摩擦非线性材料减缩模型

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用于失谐叶盘动力学特性分析的减缩计算方法

航空动力学报 2014年第6期29卷 1395-1402页

作者：王培屹李琳北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

提出了一种用于失谐叶盘动力学特性分析的减缩计算方法.该方法采用基于周期对称的谐波平衡法,建立非线性的迭代方程,能够基于单扇区的矩阵求解整个失谐叶盘的强迫响应,且不存在任何截断误差,因而效率高于部件模态综合法但精度并不降低.... 详细信息

提出了一种用于失谐叶盘动力学特性分析的减缩计算方法.该方法采用基于周期对称的谐波平衡法,建立非线性的迭代方程,能够基于单扇区的矩阵求解整个失谐叶盘的强迫响应,且不存在任何截断误差,因而效率高于部件模态综合法但精度并不降低.从周期对称结构理论出发给出了方法原理的数学推导,在此基础上通过一个失谐叶盘有限元模型算例对该方法的效率与精度进行了讨论.结果表明:相较部件模态综合法,周期对称谐波平衡法矩阵维度减小59.5%,计算复杂度减少93.4%,计算时间节省57.4%.

关键词：周期对称谐波平衡失谐叶盘减缩模型块循环矩阵

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失谐整体叶盘的硬涂层减振研究

东北大学学报（自然科学版） 2018年第6期39卷 856-861页

作者：高峰孙伟东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819

提出一种对叶片涂敷硬涂层的减振方法来提高失谐整体叶盘的可靠性,并以叶片双面涂敷Ni Co Cr Al Y+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为例进行振动研究.首先,为了在保证计算精度的前提下提高计算效率,利用固定界面动刚度模态综合法对涂层叶盘有... 详细信息

提出一种对叶片涂敷硬涂层的减振方法来提高失谐整体叶盘的可靠性,并以叶片双面涂敷Ni Co Cr Al Y+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为例进行振动研究.首先,为了在保证计算精度的前提下提高计算效率,利用固定界面动刚度模态综合法对涂层叶盘有限元模型进行了减缩处理;其次,基于该有限元减缩模型对涂层叶盘进行模态分析,并与全尺寸有限元模型做出了数据比较;最后探究了硬涂层对整体叶盘的影响.研究结果表明,Ni Co Cr Al Y+YSZ硬涂层具有较强的阻尼效应,能够显著抑制整体叶盘的共振响应.

关键词：失谐整体叶盘硬涂层减缩模型阻尼减振

压气机叶片轮盘系统振动特性分析与减振优化研究

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压气机叶片轮盘系统振动特性分析与减振优化研究

作者：刘铁箭辽宁工业大学

学位级别：硕士

理论上叶片轮盘结构是周期循环对称结构,广泛应用于航空发动机、汽轮机中。叶盘系统作为航空发动机的核心部件,其振动状态直接影响发动机的正常工作。由于叶盘系统普遍存在失谐,破坏了系统循环对称性,诱发转子叶片高周疲劳破坏,极大威... 详细信息

理论上叶片轮盘结构是周期循环对称结构,广泛应用于航空发动机、汽轮机中。叶盘系统作为航空发动机的核心部件,其振动状态直接影响发动机的正常工作。由于叶盘系统普遍存在失谐,破坏了系统循环对称性,诱发转子叶片高周疲劳破坏,极大威胁航空发动机的安全性。因此需要深入研究叶盘的振动特性。本文以压气机某级叶片轮盘结构为研究对象,分析不同状态下叶盘结构的振动特性,研究不同系统参数对其振动特性的影响,并利用智能优化算法对系统中叶片进行排序,利用不同分析方法对谐调和失谐叶盘结构进行振动仿真。主要包括以下几个方面:首先,建立叶盘结构的非线性集中参数模型,推导其振动方程,分析叶盘结构的局部化特性。发现激励阶次对谐调系统振动的影响表现为周期性,失谐打破了这种周期性规律;研究失谐叶片位置不同(按照正弦波和矩形波变化)对系统振动的作用,发现利用智能算法对失谐叶片的排布顺序进行优化,达到减振效果。然后,利用有限元软件对单个叶片进行振动分析。研究叶片受到离心、气动及离心与气动耦合载荷下的动力学特性,发现气动载荷可以抵消一部分离心载荷的作用效果,但离心载荷起主导作用;分析了温度变化对叶片模态振动的影响,得到叶片固有振动频率随温度升高而有所降低。最后,针对整体有限元法仿真计算效率低下,运用改进子结构模态综合超单元法,对失谐叶盘结构进行特性分析。研究叶盘结构的振动模态及响应,得到微小失谐会增大共振峰值。综上,对叶盘结构振动特性的研究结果可以为今后发展叶盘的局部化理论提供参考,为压气机叶盘结构的设计提供一定理论。

关键词：失谐模态局部化振动响应局部化智能优化算法减缩模型

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基于减缩法的离心泵转子动力学分析

水泵技术 2019年第2期 24-28页

作者：陈平伟马文生雪增红陈燕关鹏重庆水泵厂国家级企业技术中心重庆400033

以多级离心泵三维转子为研究对象,采用等效圆环法建立了叶轮高保真动力学模型并进行了验证。针对三维模型自由度多等特点,基于旋转子结构方法,采用ANSYS程序对离心泵转子干态和湿态下因模型边界条件的不同分别进行减缩,该方法考虑了旋... 详细信息

以多级离心泵三维转子为研究对象,采用等效圆环法建立了叶轮高保真动力学模型并进行了验证。针对三维模型自由度多等特点,基于旋转子结构方法,采用ANSYS程序对离心泵转子干态和湿态下因模型边界条件的不同分别进行减缩,该方法考虑了旋转陀螺效应的影响。干态情况下,模型减缩了30%自由度,计算得到的前三阶临界转速最大误差为0.5%,振型基本一致。湿态情况下,模型减缩了68%自由度,临界转速最大误差为0.17%,稳态不平衡响应计算结果与原模型基本相同。该方法可以用于多级离心泵转子干态和湿态转子动力学设计。

关键词：离心泵转子动力学分析干态湿态减缩模型