飞机典型金属材料振动疲劳历程中模态阻尼比获取方法研究

结构模态阻尼比是影响振动疲劳特性的主要因素,获取模态阻尼比对于结构振动疲劳的分析和仿真计算有重要作用,对于揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理有直接意义。本文选取典型航空金属材料2024-O铝合金,进行了大量的元件级振动疲劳试验及仿真分析计算,并提出了一种基于有限元分析计算的振动疲劳历程中结构模态阻尼比的获取方法,适合于元件级结构振动疲劳过程中模态阻尼比变化规律的获取。研究结果表明:本文方法可以在不中断振动疲劳试验的情况下,得到较精确的振动疲劳历程中的模态阻尼比,从而为进一步揭示金属材料振动疲劳损伤形成机理提供了良好的基础。     

基于模态叠加法的航空发动机轮盘振动特性研究

以某型航空发动机轮盘为研究对象,分别通过数值模拟和试验测试获得结构特定振型下的模态参数;提出采用模态置信度开展模态振型的相关度评价;基于模态叠加法开展轮盘结构谐响应分析,并通过理论推导和数值仿真开展结构阻尼和激励量值对振动响应的影响规律研究。结果表明,在轮盘结构三节径振型处,共振频率计算结果与测试结果相差1.7%,验证了模态测试的正确性。模态振型置信度为0.999,说明模态测试与仿真结果吻合较好。通过谐响应分析得到轮盘最危险点的幅频曲线,并基于数值仿真验证了轮盘结构振动响应幅值与模态阻尼呈反比、与激励量值呈正比的理论推导的正确性。     

随机振动载荷动力学等效的一种工程实现方法

利用实验室振动加载技术来等效模拟实际工况的随机振动载荷,以研究结构的振动环境适应性,是工程界通用的做法。文中讨论了随机振动载荷动力学等效的过程与方法,针对小阻尼稀疏模态结构,给出了基于结构振动响应等效的随机振动载荷等效关系的工程应用表达式和评价等效载荷对疲劳损伤影响的方法。简支梁数值模拟表明,通过文中方法设计的等效随机振动载荷,不仅可以获得变化不大的结构响应,而且疲劳损伤等效结果也可以满足工程应用精度要求。     

航天支架结构的被动振动控制

重点研究了航天支架结构的被动振动控制问题。在约束阻尼层有限元模型理论分析的基础上，对未附加约束阻尼层的支架计算模态和试验模态进行了相关性分析，制定出被动振动控制策略；通过分析附加约束阻层后支架计算模态和试验模态相关性，建立了有效的支架有限元模型，进一步用于各种情况的动态响应计算和分析。计算了实验结果表明，该控制策略取得了很好的减振效果，为同类结构振动控制问题提供了一个良好的模型参考。     

高温超声拉压疲劳试件设计与温度自动控制

本文较深入地开展了高温环境条件下的超声拉压疲劳实验系统研究,深入分析了试件温度高精测量与自动控制和高温试件设计的关键问题。实验系统可以实现高温环境条件下大于1010周次超高周次的疲劳加载。本实验系统利用传统超声疲劳试验机,使用非接触式红外测温仪对试件温度进行实时动态监测,采用间歇振动的方法保证温度波动小于±3℃。实验结果显示,采用本系统得到的实验结果与传统疲劳加载方式的结果一致性很好。本文工作为进一步开展高温环境条件下金属材料高温超高周(1010周次)疲劳损伤和疲劳破坏机理研究提供了新的有效的平台。     

周期激励下单搭接接头强度与振动特性研究

主要研究汽车轻量化粘接结构在周期性振动载荷激励下强度与振动属性的改变。首先,利用实验手段,研究了振动载荷对单搭接接头疲劳特性的影响,分析了疲劳后接头的强度及模态频率的变化;其次,通过仿真分析方法,建立了基于经典双线性内聚力模型(Cohesive Zone Model)的单搭接接头静态及动态仿真模型,对胶接接头的模态频率、振型及加载开裂过程中胶层单元失效扩展进行模拟,与此同时,探讨了疲劳载荷对胶层内聚力模型的弱化效应。最后,利用SEM电镜分析手段,从微观上分析了粘接接头疲劳损伤及断裂机理。     

一种用于振动疲劳试验研究的典型翼面模拟件

为开展飞机典型翼面结构振动疲劳问题及相关试验技术的研究,参考某型飞机垂尾翼面设计了其模拟件。在有限元分析软件Abaqus中建立其有限元模型,进行该模拟件的动力学分析和优化,使其模拟某飞机垂尾的前三阶模态。结合模态振型分析,给出一种确定单点振动载荷最优加载点的方法。窄带随机试验结果表明,模拟件达到了设计要求,可以用于某飞机垂尾翼面振动疲劳问题及相关试验技术的研究。     

可控约束阻尼层梁的H∞控制实验研究

建立了可控约束阻尼层悬臂梁的动力学模型,分析了模型中的不确定性．针对模态溢出问题,研究了可控约束阻尼层梁结构的Ｈ∞鲁棒控制设计,并进行了数值仿真与控制实验研究．结果表明,与位移比例反馈控制相比,Ｈ∞控制能有效抑制可控约束阻尼层梁结构的模态振动,且对被截断模态不产生控制溢出,具有良好的鲁棒稳定性．     

金属板结构疲劳损伤二倍频兰姆波检测方法研究

针对重大基础设施安全运行需要,本文进行了金属板结构疲劳损伤非线性兰姆波检测方法研究。基于兰姆波二次谐波产生条件,确定了产生二次谐波积累增长效应的两种兰姆波模态及对应的激励频率。通过有限元仿真,研究了材料性能改变对兰姆波非线性效应的影响,证明了二倍频兰姆波非线性系数对材料性能退化表征的有效性。在此基础上,开展了金属板结构疲劳损伤非线性兰姆波检测实验研究。将极性反转方法应用于疲劳试件检测实验中,有效提高了检测信号中二倍频兰姆波的幅值和信噪比。实验结果表明,两种兰姆波模态对的二次谐波非线性系数均随疲劳损伤增加呈线性增长趋势,但基频S(0,2)模态和二倍频S(0,4)模态对对疲劳损伤检测的灵敏度更高,更适合金属板结构疲劳损伤检测。     

高阻尼合金胶粘层合板阻尼特性研究

考虑高阻尼合金胶粘层合板中高阻尼合金的阻尼迟滞特性和胶粘剂本构中固化时间影响的关系,进行粘贴阻尼合金板后层合板结构的非线性动力有限元建模。对不同胶粘剂固化时间的高阻尼合金层合板进行数值仿真分析,用有理分式正交多项法结合非线性优化方法对仿真数据进行处理,得到不同胶粘剂固化时间下高阻尼合金层合板的固有频率和模态阻尼比。通过与锤击法模态试验所得高阻尼合金层合板模态参数对比,验证了有限元仿真模型的合理性。通过数值仿真和试验结果分析发现:粘贴阻尼合金板后层合板结构阻尼比有大幅度提高;随着胶粘剂固化时间的增加,层合板阻尼性能增强,瞬态振动也可以得到更快地衰减。表明高阻尼合金层合板的阻尼性能与阻尼合金的应变幅值有关;阻尼合金的应变幅值越大,阻尼合金层合板模态阻尼比越大,对应结构的减振性能越佳。     

大型离心叶轮振动模态局部化特性研究

为了研究目前工程中大型流体机械离心叶轮出现的局部疲劳破坏的机理,基于现有的有限元分析方法,结合模态分析等动力学理论以及叶轮所承受的气流激励,对其动力学特性进行了研究。着重研究了离心叶轮这类周期循环对称性结构具有的不同于非周期循环结构的特殊动力学性质以及该特殊的动力学特性与叶轮疲劳破坏的联系。研究发现其存在频率通带(passbands)、频率禁带(stopbands)现象,并出现了振动模态局部化现象。另外,叶轮的动力学特性对其周期性结构失谐特别敏感,该类失谐可来自由制造误差、材料和使用中磨损出现的不均匀等多种因素。对于协调结构,在一定条件下(如系统具有高密集模态),很小的失谐量(1%)就可使结构振动模态产生急剧变化,从而出现振动模态局部化现象。对于所研究的机组,当进口预旋器导致的流体激振频率(1166.7Hz)接近叶轮的由第12阶～18阶固有频率组成的禁带(1020.3～1054.5 Hz)时,数值分析结果显示叶片进口部位出现了振幅较大的振动,与该机组实际破坏的部位相符。研究结果表明所使用的振动模态局部化分析方法能够揭示叶轮发生疲劳破坏的原因,即是一类共振型疲劳破坏现象。     

可控约束阻尼层板的控制实验研究

对具有可控约束阻尼层的板进行了振动控制实验研究． 以压电片作为作动器,根据测量的结构振动信号,反馈控制约束层的变形,抑制板的振动． 对试验件进行了试验模态分析,讨论了压电片的附加位置;采用比例反馈对试验件进行了控制试验;试验给出了控制效果和压电片面积的关系． 研究结果证明,这种利用粘弹性阻尼抑制结构的高频振动,利用压电材料的逆压电效应控制结构的低频振动的主被动杂交控制方式对薄壁结构的振动抑制效果显著,控制频率范围宽,可靠性高．     

使用阻尼材料结构的试验模态分析

高分子聚合物做为阻尼材料的使用，使结构的模态分析出现特殊问题，本文介绍试验模态分析中的若干问题，包括模态阶次、模态参数的拟合、模态结构阻尼系数与粘性阻尼系数之间的关系，灵敏度分析等     

基于数据驱动的增材制造铝合金的疲劳寿命预测

增材制造金属材料的疲劳损伤及寿命预测问题是当前研究的热点.论文以增材制造AlSi10Mg为典型应用对象,采用数据驱动方法开展疲劳寿命预测,考虑到其疲劳试验数据有限,采用经过试验验证的可靠的理论模型和数值计算方法来获取足够的疲劳数据,以弥补试验数据的不足.首先,提出了基于缺陷特征参数的疲劳损伤模型,其次,建立了理论模型的数值实现方法,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了所提方法的可靠性.然后,开展数据驱动模型的训练与预测,采用K最近邻的数据驱动算法预测了增材制造AlSi10Mg的疲劳寿命,最后,深入分析了疲劳寿命随增材制造内部缺陷、疲劳载荷的变化规律,研究了数据驱动模型的训练数据量及模型参数对预测精度的影响.     

复合材料层合板弯曲振动模态阻尼计算方法

本文给出了利用复合材料层合薄板试样弯曲振动测得的正轴方向的３个阻尼系数φ１，φ２，φ１２来计算实际的复合材料层合板结构弯曲振动的各阶模态阻尼的方法     

气动加载与振动激励耦合试验方法研究

飞机结构在飞行过程中同时承受气动载荷和振动载荷的联合作用,这两种载荷的耦合加载试验对于飞机结构成为一项重要的研究内容,所以有必要对此类试验的可行性及其耦合加载方式进行研究。此次试验以气囊加载静载/常规疲劳载荷状态下试件的振动响应测试为目的,设计符合试验要求的试件和整套试验装置。得到了气囊5种不同加载情况下试件振动响应变化情况,并对此试验结果进行了理论分析,得出以下结论:a)气囊模拟静载/常规疲劳载荷加载不会大幅改变结构本身振动特性,此耦合试验方法所模拟环境比较接近飞机结构真实载荷环境;b)加载气囊的个数、部位及加载力的不同对试件结构的振动响应有一定影响,应增加气囊蓄能器或在试验前进行分析以选择合理的加载点。     

高频振动下岩土颗粒材料动力行为及细观机理

针对高频振动条件下岩土颗粒材料动力响应放大的现象,采用离散元法开展了一系列动双轴数值试验,分析了不同荷载频率下岩土颗粒材料的动力行为及其细观特征．试验结果表明：对于模拟的岩土颗粒材料,在加载频率为30～40 Hz时的动力变形尤其明显,加载过程中塑性变形快速发展,试件内部形成“八”字型剪切带,动刚度显著降低．提出了“竖向分布系数”描述试件内部的局部变形规律,并结合颗粒细观受力特征,探究了试件变形加剧和刚度弱化的细观机理．研究发现相较20 Hz和60 Hz工况,加载频率为40 Hz时试件中下部区域的局部动变形振动幅值明显增大,颗粒处于高度动力非平衡态,颗粒体系的排列结构和接触力剧烈调整,使得试件变形加剧、承载性能显著弱化．     

单向双筋板结构件共振疲劳试验及分析

航空航天领域广泛存在着振动疲劳问题,严重危及飞行器结构的安全可靠性。本文首先设计了激振器直接作用于试件的力激励振动疲劳试验系统,并提出了跟踪结构共振频率的频带激励共振疲劳寿命测试方法;而后利用试件进行了频带激励下的定应变共振或定载荷共振结构振动疲劳试验;最后针对试验结果分析与讨论了可能影响结构振动疲劳寿命的各种因素。结论表明,试验结构件的边界条件、初始条件以及结构动力学特性等都可能是影响振动疲劳寿命的关键因素。频带激励共振疲劳试验方法为振动疲劳寿命曲线的测试积累了经验。     

金属连接导管振动疲劳极限测试方法研究

为确定滚压和焊接钛合金导管的振动疲劳极限寿命,采用HB5277-84规定的振动疲劳试验方法和失效准则。分别利用激光位移传感器和电阻应变片测定了试件的第一阶频率和规定加速度载荷激励下的试件悬臂端位移及试件根部的应变。试验发现：对于具有连接特性的试件在进行定频振动疲劳试验初期,试件第一阶响应频率快速下降,此时试件并未发生裸眼可见破坏和裂纹。为满足产品定寿要求,采用逐级增加试验载荷进行扫频振动试验,直至试件频率稳定以及根部应变和端部位移达到试验要求后,再进行正式定频振动疲劳试验,仍采用依据频率下降1%作为失效准则完成了所用规定试验。     

关于国际模态分析会议

在航空航天器、车辆、船舶、海洋工程、机床、动力机械、土建工程等结构系统的发展中,振动问题在分析、设计、使用过程中日益重要,结构动力特性的确定成为动态设计的核心环节。所谓模态分析就是用分析或试验的方法来确定结构系统的固有频率、阻尼系数和振型等模态参数的过程。广义的模态分析还包括试验与分析方法的结合。结构动力学修改,结构系统数学模型的建立,并用于分析系统的动力响应、稳定性以及振动控制。