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风力发电机主轴轴承零游隙位置概率分析

东北大学学报（自然科学版） 2023年第10期44卷 1440-1447页

作者：黄贤振张鹏李红雷吕中东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配,需要确定轴承的零游隙位置.首先,采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量,从而确定轴承的零游隙位置.而后,建立了轴承零游隙的有限元位移模型,提出了一种... 详细信息

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配,需要确定轴承的零游隙位置.首先,采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量,从而确定轴承的零游隙位置.而后,建立了轴承零游隙的有限元位移模型,提出了一种更加准确的零游隙位置计算方法.考虑到随机因素的影响,提出了Kriging代理模型的方法,分析了风电主轴轴承零游隙下内外圈位置的概率分布特性.最后,数值算例表明,Kriging模型预测的最大误差在0.1%以内,表明所提出的方法具有较高的精度和适用性.

关键词：风力发电机主轴轴承概率分析有限元模型 Kriging代理模型

转向节疲劳寿命评价及其局部裂纹尺寸的概率分布

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第6期43卷 864-871页

作者：周逸夫李鹤东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

转向节的作用是传递和承受汽车的前部载荷,支承和驱动前轮绕主销转动,使汽车转向.针对仍处于开发阶段的某麦弗逊式转向节的疲劳失效问题,提出了一种对其台架试验结果进行评估的方法,根据转向节在系统中的实际连接情况分多工况进行了疲... 详细信息

转向节的作用是传递和承受汽车的前部载荷,支承和驱动前轮绕主销转动,使汽车转向.针对仍处于开发阶段的某麦弗逊式转向节的疲劳失效问题,提出了一种对其台架试验结果进行评估的方法,根据转向节在系统中的实际连接情况分多工况进行了疲劳台架试验,利用Weibull分布理论结合N_(50%),N_(90%)标准对转向节的失效循环次数分布进行了评价,同时推导了一种局部疲劳裂纹尺寸的概率分布预测模型,并利用实测试验数据验证了所推导预测模型的适用性.

关键词：转向节前悬系统疲劳试验 Weibull分布裂纹尺寸分布

贴敷多约束阻尼片Z形管路参数化有限元建模及振动分析

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第9期54卷 3470-3480页

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

为了提高管路动力学减振设计的效率,以贴敷多个约束阻尼片的Z形管路为对象,研究以阻尼片的几何参数、位置参数及材料参数为设计变量的管路系统参数化有限元建模方法。首先,阐述了管路系统参数化建模理念,将参数化建模过程中涉及的参数... 详细信息

为了提高管路动力学减振设计的效率,以贴敷多个约束阻尼片的Z形管路为对象,研究以阻尼片的几何参数、位置参数及材料参数为设计变量的管路系统参数化有限元建模方法。首先,阐述了管路系统参数化建模理念,将参数化建模过程中涉及的参数分为非受控参数和受控参数;其次,对管体沿轴向切分及沿周向按固定角度划分网格,使约束阻尼片与管体单元节点相对应,并创建用于储存卡箍节点位置信息的参数化循环数组,实现适应参数化的卡箍节点编号更新;再次,进行了实例研究,用所描述的方法实现了对应3种贴敷方案的Z形管路系统参数化有限元建模;最后,对比贴敷约束阻片前后管路的振动参数,评估各方案的减振效果。研究结果表明:贴敷约束阻尼片后的管路系统的第1阶共振响应均出现不同程度降低,约束阻尼片周向贴敷范围对振动响应的影响最大,增加贴敷长度及阻尼片厚度对减振有利。

关键词： Z形管路约束阻尼片参数化建模有限元建模振动分析

含压电分流阻尼整体叶盘机电耦合有限元建模与减振性能分析

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第12期54卷 4699-4710页

作者：谌佳孙伟徐昆鹏东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

为了抑制整体叶盘的有害振动,提出了一种在叶片上均布压电分流阻尼片的减振方法。首先,在建模过程中,用压电片-叶盘基体复合单元来模拟压电片与基体之间的机电耦合,进一步将连接电阻分流减振效果等效为贴敷具有频率依赖性的黏弹性阻尼... 详细信息

为了抑制整体叶盘的有害振动,提出了一种在叶片上均布压电分流阻尼片的减振方法。首先,在建模过程中,用压电片-叶盘基体复合单元来模拟压电片与基体之间的机电耦合,进一步将连接电阻分流减振效果等效为贴敷具有频率依赖性的黏弹性阻尼引起的效果,并将电阻分流电路以复刚度的形式引入整体叶盘有限元模型,以简化整体叶盘为对象,创建了含压电分流阻尼整体叶盘机电耦合有限元模型;第二,基于创建的动力学模型及搭建的实验系统,分析压电分流阻尼的减振效果;第三,以等间隔分布4个压电分流阻尼片的整体叶盘结构为对象进行实例研究,验证所创建的复合结构动力学模型的合理性;最后,基于创建的模型,重点分析了连接的电阻及压电片贴敷位置对整体叶盘减振效果的影响。研究结果表明:压电分流阻尼对整体叶盘具有一定的减振效果;对于电阻分流电路,存在一个最优电阻可以使减振效果最好,例如对于2阶次激励,在每个压电片连接14 kΩ分流电阻时减振效果较好;压电片贴敷在叶片根部对减振效果最佳,相比开路状态,连通分流电路后振动响应降低了18.3%。

关键词：压电分流电路整体叶盘机电耦合有限元建模减振分析

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充液管路振动特性半解析建模及卡箍布局优化

中南大学学报（自然科学版） 2022年第11期53卷 4262-4270页

作者：张宇孙伟刘旭东东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

航空发动机管路系统中大部分管路处于充液状态且包含多个卡箍支撑,合理地设计卡箍布局可使管路系统的固有频率有效避开外界的激振频率,实现减振目的。以多卡箍支撑充液管路为对象,提出管路的振动特性半解析模型及卡箍布局优化的方法。... 详细信息

航空发动机管路系统中大部分管路处于充液状态且包含多个卡箍支撑,合理地设计卡箍布局可使管路系统的固有频率有效避开外界的激振频率,实现减振目的。以多卡箍支撑充液管路为对象,提出管路的振动特性半解析模型及卡箍布局优化的方法。含多卡箍支撑的充液管路属于超静定结构,将该管路系统分为空管、卡箍、管内流体3部分,对每一部分单独进行能量分析,然后进行组集。为了研究充液状态以及流速等参数对卡箍布局优化结果的影响,在没有引入外界激励频率的前提下,以1阶固有频率最大为优化目标,建立较为通用的卡箍布局优化模型,采用粒子群优化算法对该优化模型进行求解。最后进行实例研究,与文献中有限元法进行对比,证明所研发的半解析模型的合理性,并在此基础上进行卡箍布局优化,分析液体质量、流速、管型等参数对卡箍布局优化结果的影响。研究结果表明,若仅以1阶固有频率最大为优化目标,则液体质量、流速、管型等参数均可忽略,仅以指定管径的空管为对象执行优化就可获得所需的卡箍布局优化结果。

关键词：多卡箍支承充液管路振动特性半解析建模卡箍布局优化

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打磨机器人的打磨头螺栓组系统可靠性分析

东北大学学报（自然科学版） 2023年第12期44卷 1712-1718,1742页

作者：黄贤振张安星孙楷铂东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

在使用螺栓组连接的整体结构中,螺栓组的可靠性直接影响整体结构的可靠性.传统的螺栓组可靠性分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际工况中螺栓参数具有一定的随机不确定性,从而产生较大误差.为准确评估螺栓组的可靠性,以某打磨机器人... 详细信息

在使用螺栓组连接的整体结构中,螺栓组的可靠性直接影响整体结构的可靠性.传统的螺栓组可靠性分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际工况中螺栓参数具有一定的随机不确定性,从而产生较大误差.为准确评估螺栓组的可靠性,以某打磨机器人的打磨头螺栓组为例,建立打磨头有限元分析模型并进行静力学分析,通过螺栓连接实验验证螺栓连接有限元模型的准确性;将螺栓组视为系统,考虑螺栓参数随机性的影响,以螺栓最大应力值是否超过屈服极限为判别条件建立极限状态函数,结合Kriging模型拟合方法进行可靠性分析,探究系统可靠度随螺栓预紧力的变化规律.结果表明,螺栓组系统可靠度受到随机因素的影响,由多个螺栓共同决定,并随螺栓预紧力增大而减小.

关键词：机械设计螺栓组连接静力学系统可靠性 Kriging模型

基于IMOFA的航空发动机管路多目标优化布局

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第8期43卷 1120-1126页

作者：张禹鹿浩吕董巩亚东东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

针对航空发动机管路布局目前存在的问题,提出一种基于改进多目标萤火虫算法(improved multi-objective firefly algorithm,IMOFA)的航空发动机管路多目标优化布局方法.在该方法中,首先以管路长度最短、弯头数最少以及能量值最小为优化目... 详细信息

针对航空发动机管路布局目前存在的问题,提出一种基于改进多目标萤火虫算法(improved multi-objective firefly algorithm,IMOFA)的航空发动机管路多目标优化布局方法.在该方法中,首先以管路长度最短、弯头数最少以及能量值最小为优化目标,建立了航空发动机管路多目标优化布局数学模型.然后,结合自适应扰动策略和精英策略,提出了一种应用于航空发动机管路多目标优化布局的改进多目标萤火虫算法,从而实现了航空发动机管路的多目标优化布局.最后,通过实例验证了所提出方法的可行性和有效性.

关键词：航空发动机管路布局多目标萤火虫算法精英策略非支配解

考虑热环境的复合材料层合板振动响应相似设计方法及试验研究

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机械工程学报 2022年第11期58卷 98-108页

作者：罗忠张小霞何凤霞李晖石宝龙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 东北大学佛山研究生院佛山528312

针对高温环境下的复合材料层合板动力学试验开展困难、耗时、成本和危险性高等问题,提出了热环境下层合板试验模型的相似设计方法(Similarity method of laminates in thermal environment,SMLTE)。首先建立热环境下悬臂层合薄板振动的... 详细信息

针对高温环境下的复合材料层合板动力学试验开展困难、耗时、成本和危险性高等问题,提出了热环境下层合板试验模型的相似设计方法(Similarity method of laminates in thermal environment,SMLTE)。首先建立热环境下悬臂层合薄板振动的理论模型,利用最小势能原理结合Ritz法求解获得其固有频率和振型,通过与文献计算结果、ANSYS仿真结果对比验证数值求解方法的正确性。然后,推导了复合材料层合薄板固有频率、加速度响应和温度的相似关系。分别以精确相似和考虑铺层畸变的层合板为数值案例,验证了推导得到的相似关系的正确性。最后,搭建热环境下的层合板振动响应测试系统,对提出的相似方法进行试验验证。结果显示,通过所提出的SMLTE方法建立的动力学相似关系能够复现原型结构的固有特性和振动响应,为热环境下层合板的模型试验提供了有力支撑。

关键词：复合材料层合板热环境相似设计固有特性振动响应

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斜裂纹旋转叶片动力学建模及振动响应分析

哈尔滨工业大学学报 2023年第12期55卷 66-75页

作者：熊茜马辉官宏东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 航空动力装备振动及控制教育部重点试验室(东北大学) 沈阳110819

为分析航空发动机裂纹叶片的动力学特性,提高航空发动机的可靠性,尽可能避免灾难性事故的发生。本研究基于应变能释放率和Castigliano定理,结合Timoshenko梁理论,考虑裂纹角度的影响,推导了新的裂纹梁单元的应力强度因子与柔度矩阵,根... 详细信息

为分析航空发动机裂纹叶片的动力学特性,提高航空发动机的可靠性,尽可能避免灾难性事故的发生。本研究基于应变能释放率和Castigliano定理,结合Timoshenko梁理论,考虑裂纹角度的影响,推导了新的裂纹梁单元的应力强度因子与柔度矩阵,根据裂纹面在振动过程中的应力变化,提出了一种根据裂纹面接触区域来计算裂纹梁单元时变刚度的方法,建立了含呼吸效应的斜裂纹扭形叶片动力学模型。通过将本研究模型和ANSYS Solid186单元有限元模型得到的固有频率和振动响应进行对比,验证了所建动力学模型的有效性。结果表明:当裂纹角度从0°增加到80°时,固有频率增加了约3%,即随着裂纹角度的增加(裂纹尖端更靠近叶尖),裂纹叶片固有频率越大;同时,裂纹角度越大,旋转裂纹叶片的振动位移幅值越小,其频谱中常值分量及倍频处的幅值越小,并且第1阶共振状态下1.0倍频的幅值降低了约40%;本研究模型的动力学响应计算速度较ANSYS更快,提高了约22倍。

关键词：旋转叶片斜裂纹梁单元非线性振动呼吸裂纹有限元方法