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振动与冲击 2024年第3期43卷 147-157页

作者：李家鑫王栋孙伟东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室沈阳110819

为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动,描述了一种在管体表面局部贴敷黏弹性阻尼层对管路进行减振的方法,主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上,基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调... 详细信息

为了降低处于服役阶段的航空发动机管路的有害振动,描述了一种在管体表面局部贴敷黏弹性阻尼层对管路进行减振的方法,主要包括阻尼层-空间管路系统动力学有限元建模及阻尼层贴敷位置优化。在建模上,基于ANSYS平台建立了满足寻优算法调用的阻尼层-空间管路参数化有限元模型。同时,整个模型引入了两种阻尼,分别是卡箍的支撑阻尼和黏弹性阻尼层的材料阻尼。在贴敷位置优化方面,创建了以阻尼层贴敷位置为设计变量、以1阶最大共振响应最小为优化目标的优化模型,并给出了采用遗传算法对该优化模型进行求解的流程。最后进行了实例研究,用搭建的贴敷阻尼层空间管路试验系统校验了所创建的阻尼层-空间管路分析模型的合理性。在此基础上,执行了阻尼层位置优化,获得了在可移动范围内使共振响应最小的阻尼层贴敷位置方案,并通过与5种随机方案的数值比较证明了优化结果的合理性。

关键词：黏弹性阻尼层空间管路有限元建模贴敷位置优化遗传算法

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考虑卡箍预紧状态的空间管路3维有限元建模

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航空发动机 2023年第5期49卷 155-160页

作者：季文豪孙伟东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点试验室沈阳110819

为了准确分析管路系统的振动应力,在合理引入卡箍预紧状态的前提下,提出了一种空间管路3维有限元建模方法,创建了管路3维实体有限元模型。通过分析上下箍带对管路的夹紧力,确定了模拟卡箍力学特性的弹簧单元刚度值分布规律;卡箍不同位... 详细信息

为了准确分析管路系统的振动应力,在合理引入卡箍预紧状态的前提下,提出了一种空间管路3维有限元建模方法,创建了管路3维实体有限元模型。通过分析上下箍带对管路的夹紧力,确定了模拟卡箍力学特性的弹簧单元刚度值分布规律;卡箍不同位置处的水平和竖直方向的刚度存在比例关系,且比例关系与位置角和方向有关;给出了用实体单元并引入上述卡箍约束的有限元建模流程,其中每个卡箍用2个同面并按照节点分布的弹簧组来模拟,真实地反映了管路的几何特征和卡箍的约束状态,能够适应管路系统动应力求解的需求;搭建了对应模态和谐响应分析的试验装置,并将试验结果和仿真结果进行了对比。结果表明:相对于管单元,采用考虑卡箍预紧的管路系统3维有限元建模方法得到的固有频率和应力响应结果更贴近实测结果,仿真计算与实测的振动应力偏差小于20%。

关键词：卡箍预紧状态空间管路 3维有限元模型谐响应分析应力响应

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基于指数积公式的空间管路装配偏差传递建模及分析

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机械设计与研究 2020年第4期36卷 128-132,137页

作者：杜田赵勇宋建岭魏强上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240 天津航天长征火箭制造有限公司天津300462

针对火箭、飞机以及船舶等设备的管路系统,因制造与装配中偏差累积引起的系统装配效率低和可靠性下降等问题,研究空间管路装配中来源于管件成型和焊接变形的偏差形式,建立基于旋量的偏差表征,改进基于指数积公式的偏差传递模型,提出关... 详细信息

针对火箭、飞机以及船舶等设备的管路系统,因制造与装配中偏差累积引起的系统装配效率低和可靠性下降等问题,研究空间管路装配中来源于管件成型和焊接变形的偏差形式,建立基于旋量的偏差表征,改进基于指数积公式的偏差传递模型,提出关键特征坐标误差指标(KCCE)评价偏差传递模型预测精度,实现完整的空间管路装配偏差传递建模:以三维空间管路为案例进行装配偏差传递建模与分析,结果表明:基于旋量的偏差表征方式适用于空间管路装配,改进后的空间管路装配偏差传递模型预测精度更高。

关键词：空间管路装配偏差偏差传递建模指数积公式旋量

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随机基础激励作用下航空发动机空间管路振动响应分析

随机基础激励作用下航空发动机空间管路振动响应分析

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第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动...

作者：王东海孙伟东北大学机械工程与自动化学院东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室

航空发动机外部管部布置在机匣外面,在很多情况下要受到随机基础激励的作用。本以多卡箍支撑的空间管路为对象,研究采用ANSYS谱分析及虚拟激励法对其进行振动分析的方法。首先,基于ANSYS软件完成空间管路的有限元建模过程,其中重点介绍... 详细信息

航空发动机外部管部布置在机匣外面,在很多情况下要受到随机基础激励的作用。本以多卡箍支撑的空间管路为对象,研究采用ANSYS谱分析及虚拟激励法对其进行振动分析的方法。首先,基于ANSYS软件完成空间管路的有限元建模过程,其中重点介绍了模拟卡箍力学特性的弹簧单元的引入方式及弹簧单元方向对管路系统振动特性的影响。之后,以此有限元模型为基础模型,通过ANSYS谱分析模块对空间管路进行振动响应分析。接下来通过提取自由态管路系统总刚度矩阵和总质量矩阵,创建随机基础激励作用下空间管路系统的运动方程,再基于虚拟激励法完成空间管路的振动响应分析。最后,以3卡箍支撑的空间管路为例,分别用这两种方法计算管路系统包含前3阶共振峰的功率谱密度响应,结果发现两种计算方法得到的管路系统功率谱密度与试验测试结果基本一致。

关键词：随机基础激励航空发动机空间管路振动响应分析

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航空发动机外部典型管路振动特性的分析

航空发动机外部典型管路振动特性的分析

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作者：张兴盛中国民航大学

学位级别：硕士

航空发动机通过使用大量管路输运保证飞机和发动机安全运行所需要的燃油、滑油和空气等介质。发动机转子不平衡力、惯性载荷、燃烧室振荡燃烧和气流脉动等因素可能诱导发动机外部管路结构振动。近年来,因管路振动故障导致飞机发动机安... 详细信息

航空发动机通过使用大量管路输运保证飞机和发动机安全运行所需要的燃油、滑油和空气等介质。发动机转子不平衡力、惯性载荷、燃烧室振荡燃烧和气流脉动等因素可能诱导发动机外部管路结构振动。近年来,因管路振动故障导致飞机发动机安全事故也多有报道。诱导发动机管路振动往往涉及到结构-结构、流-固、热-固和流-热-固等耦合现象,使得揭示管路振动物理机理仍存在诸多困难。基于此,学习和研究发动机外部管路振动特性对保证飞机和发动机运行安全有重要理论意义。论文以发动机典型外部简单空间管路和复杂燃油管路系统为对象,运用了数值解析、有限元和实验模态相结合的方法,对简单空间管和卡箍约束条件下的燃油管路开展了振动特性的研究。首先,利用梁理论和形函数理论建立了空间管单元振动微分方程,得到其固有频率和模态振型;其次,建立了基于ANSYS的空间管路和燃油管路计算模型,对其固有频率和振型进行提取,并将空间管计算结果与解析结果进行对比分析;最后,搭建了空间管路和燃油管路模态振动试验台,利用激光测振仪和力锤,开展了空间管和燃油管振动模态实验,获得其固有频率和模态振型,并与计算模态结果进行比较分析。结果表明:简单空间管解析法获得前四阶固有频率范围约为54-515Hz,对应模态振型为弯曲振动;有限元法计算出前四阶固有频率范围约为51-440Hz,相应的模态振型为典型弯曲振动,由此可知,空间管路数值解析法的固有频率和模态振型与有限元仿真结果吻合良好。简单空间管通过实验模态技术识别出其前四阶固有频率范围约为57-484Hz,这与有限元计算结果吻合较好,但模态实验所识别出的振型与仿真计算振型不同,管路实验模态分别是一阶弯曲、二阶扭转和三阶、四阶弯扭耦合振动模式。三卡箍燃油管路前三阶固有频率分别为137.55-908.96Hz,四卡箍燃油管路前三阶固有频率分别为184.27-1085.84Hz,五卡箍燃油管路前三阶固有频率分别为199.42-1176.11Hz;卡箍数量增加,其固有频率增加;三种卡箍数量条件下燃油管路对应模态振型分别表现为典型弯曲振动。不同卡箍宽度燃油管路前二十一阶固有频率变化范围为420-1900Hz,因燃油管路呈对称结构特点,其固有频率整体呈阶状分簇的特点,振动模态主要以主管-分管耦合振动形式为主。卡箍宽度增加,燃油管路固有频率增加,但模态振型特点变化不明显。分别在x轴和z轴上施加加速度力,得出管路分别在x轴和z轴上的幅值响应曲线,每个方向上共出现5个峰值,5个峰值对应5阶共振频率,当加速度力施加在x轴上,频率为810Hz时,x和z轴的振幅最大,当加速度力施加在z轴上,频率为1884Hz时,x、y和z轴的响应位移均达到最大值。论文研究结论可以为发动机管路结构设计、布局和优化方面提供参考。

关键词：航空发动机空间管路燃油管路系统模态实验有限元固有频率模态振型

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