汽轮机非线性间隙气流激振力分析（Ⅰ）——相对进气速度沿叶高不变

从流体动力学出发，应用动量定理研究汽轮机短直叶片和扭叶片由于间隙引起的非线性气流激振力问题，综合考虑了叶片的各项设计参数并应用理论分析的方法导出普遍适用的计算公式，解决了Alford公式中需人为选取效率系数的困难．为进行包含Allord力的转子非线性稳定性分析打下了基础．     

叶片-转子-轴承系统的非线性动力学问题研究

以非线性动力学和转子动力学理论为基础,研究了在油膜力作用下,叶片和转轴耦合振动系统的动力学行为。为分析叶片的惯性影响,将叶片模化为单摆模型。采用Runge-Kutta数值方法求解了耦合系统的振动方程,并利用分岔图、Lyapunov指数图、Poincar啨映射图和频谱图等分析了系统的稳定性。分析结果表明,当转速变化时,系统响应会出现倍周期、拟周期和混沌运动等现象,在此基础上分析了叶片长度的变化对该系统非线性动力学行为的影响。     

计算叶片力学特性的三维8节点非协调有限单元法

针对叶片结构几何形状复杂的特点，建立了能进行叶片力学特性分析的三维8节点非协调有限单元模型。该模型采用了几何非线性和线弹性模式，来考虑叶片径向刚度远大于弯曲刚度而引起的在不同转速下初应力对叶片的作用，能够正确反映叶片的弯曲和扭转耦合振动模态、叶片组的切向和轴向振动模态以及它的应力状态。根据质量等效和力等效的原理，导出了在非协调单元中计算单元变形能时，记入附加的内部自由度，而计算单元的动能、体积力、表面力、以及阻尼力所做的虚功时，不记入附加的内部自由度，这是不同于目前一些文献中的提法。最后，通过实例计算验证了该模型的正确性。     

考虑进油压力的滑动轴承非线性油膜力数据库

通过对ReyTlolds方程的非线性变换，提出了考虑进油压力边界条件时径向滑动轴承非线性油膜力数据库的建库方法，扩展了油膜力数据库计算方法的应用，通过引入2个有限数据域的新变量对转子轴心速度项和进油压力边界条件进行有限化处理，得到了更符合实际工况的连续性油膜力数据库及计算模型，同有限元法对比分析了非线性油膜力数据库的适用性．结果表明，非线性油膜力数据库模型的精度较高，所建立的非线性油膜力计算模型可用于对转子系统瞬态运动进行简便和快捷的分析．     

汽轮机叶片静态和动态应力的三维有限元分析

提出了一种三维实体混合单元模型来分析汽轮机叶片静肪的动态应力。考虑到转动叶片的刚性变化,静应力的计算采用了非线性方法,在分析叶片的动频后,应用模态迭加法计算了叶片的响应,得到了叶片的动态应力。从文中的实际叶片算例可以看出,所提供的分析模型可以精确直观地反映叶片的静态和动态应力状况,为工程中实际中片地固有频率和静动应力分析提供了强有力的工具。     

应用分区非线性变分原理的杂交薄壳单元

本文讨论了高交杂交壳体元在材料非线性分析中的应用，为了更精确估计单元内各部分应力的不同影响，本文应用了分区非线性变分原理推导出杂交壳元在应力增量下应用初始应力法的失衡节点力，这使得高次杂交元在非线性分析中的优点得以充分发挥，从而大大提高了计算精度。     

风机叶片包容性分析

应用有限元方法对丢失的失效风机叶片撞击机匣的非线性瞬态响应进行了数值计算研究,模拟了叶片的包容过程,分析了包容过程中叶片、机匣的变形与能量变化。结果表明:有限元方法能较好的模拟风机叶片丢失后撞击机匣的过程,该型风机机匣对叶片具有包容性。研究结果对于进行风机叶片包容性设计具有重要参考价值。     

应用分区非线性变分原理的杂交薄壳单元

本文讨论了高次杂交壳体元在材料非线性分析中的应用，为了更精确估计单元内各部分应力的不同影响，本文应用了分区非线性变分原理推导出杂交壳元在应力增量下应用初始应力法的失衡节点力，这使得高次杂交元在非线性分析中的优点得以充分的发挥，从而大大提高了计算精度。     

叶片振动影响下双盘转子-轴承系统的稳定性与分岔

研究叶片与转子-轴承系统的耦合非线性振动,建立了一个带叶片的双盘转子-轴承系统的非线性动力学模型,其中包含一个弹性转轴、两个滑动轴承、两个刚性圆盘和两组弹性叶片.为了分析叶片的惯性影响,将其简化为单摆模型.采用4阶Runge-Kutta法进行了数值模拟,并利用分岔图、三维谱图、轴心轨迹和Poincaré映射图等方法分析了系统的非线性动力学特性.研究发现,随着转速的变化,系统响应演化出了倍周期运动、概周期运动、混沌运动和倍周期分岔等典型的非线性动力学行为.在与忽略了叶片振动的转子系统对比后发现,叶片振动使转子发生混沌运动的转速区域增大.在某些参数条件下,采用不同的叶片刚度,叶片振动可能引起转子系统产生混沌运动.     

复杂非线性转子—轴承系统动力特性数值分析

研究非线性高维复杂转子－轴承系统的动力特性。针对系统的局部非线性特征,给出了一种降阶及配套动力积分方法。降阶系统仍保持局部非线性特征,非线性响应数值积分所需的迭代只需在局部非线性的维数上执行。对于油膜力无封闭解的实际轴承,采用变分不等方程有限元法求解Reynolds边值问题,使得油膜力及其Jacobian矩阵的计算变得非常简单明了且与具有协调一致的精度。应用上述方法计算分析了一双跨、椭圆轴承－转子系统的不平衡响应,数值结果展现了系统丰富复杂的非线性现象。     

鸟撞击叶片时载荷因素的数值模拟分析

鸟与叶片的撞击过程是一个复杂的加载过程。为了将其简化,以建立一个简单且合理的鸟撞击载荷模型,需要分析鸟撞击载荷的各种因素对叶片响应的影响。本文通过计算机数值模拟进行上述工作。以矩形悬臂板模拟实际叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。从鸟撞击载荷的冲量、时间因索、空间因素三个方面分析了冲量、加载持续时间、力-时间函数、初始冲击压力、加载位置、载荷的空间分布以及载荷类型等七种因素对叶片响应的影响。本文得出的结论为合理简化鸟撞击加载过程及建立鸟撞击载荷模型提供了参考与依据。     

弹性地基上间断中厚矩形板的非线性静力分析

研究弹性地基上带传力杆的间断中厚矩形板的非线性静力特性。荷载在传力杆中的传递由竖向弹簧模拟,其弹簧刚度取决于传力杆的特性以及杆与板间的相互作用。根据能量变分原理,考虑地基耦合效应,建立了双参数地基上带传力杆的间断矩形中厚板的非线性静力控制方程。构造出一组满足所有边界条件的试探函数,应用伽辽金法对该组非线性方程进行求解。数值算例中,讨论了传力杆参数、板的结构参数及地基参数对弹性地基上间断矩形中厚板的非线性静力特性的影响。     

凸肩叶片的非线性振动特性与运动分岔

以凸肩叶片作为研究模型, 建立了考虑凸肩摩擦力, 几何大变形与阻尼的非线性振动方程.采用Galerkin法对振动方程离散化, 应用平均法对离散后模态方程组的非线性响应进行解析分析, 得到了非线性幅频特性曲线, 与数值解比较验证了解析解, 并讨论了系统周期解的稳定性. 用非线性振动理论详细研究了平均方程组的运动分岔现象, 揭示了平均方程组周期解的变化过程及其具有的非线性动力学性质. 解析结果表明, 凸肩之间的摩擦对系统第二阶非线性振动特性影响很大. 由于凸肩之间摩擦力方向的不断改变, 系统第二阶非线性幅频特性曲线不连续, 出现两个共振频域. 随着时间的推移, 系统振动的幅值会以$T/ 4$为周期在两个频域的幅频曲线上来回跳动, 这会使叶片的振动响应大幅降低.      

海上构筑物波浪载荷的一些基本问题

本文分析了海洋工程中 Morlson 方程的物理含义,给出了计算涡流力的新方法,考虑了势流力各向异性与非线性效应,指出了现有计算非线性力方法的不合理性,并将结果应用于目前正在研制的顺从式结构.这对于正在从事这一领域研究的科研和工程技术人员会有一定的启发.     

非线性动力系统全局分析的变胞胞映射法与转子／轴承系统的全局稳定性

在Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射及胞映理论的基础上，提出了一种非线性动力系统全局分析的新方法－－变胞胞映射法，这种新方法改变了原胞映射法中胞在胞空间分布的不合理性及运算逻辑的不合理性，更适用于高维、大求解域非线性动力系统的求解。应用此方法，对具有非线性油膜力的Ｊｅｆｆｃｏｔ转子轴承系统进行了全局分析，绘制了系统分岔后的全局吸引域图，解释了一些工程中常见的非线性现象。     

结构内力概率密度演化的向量马氏过程方法

本文提出了位移加载机制下求解无启发持性结构结点力的概率密度演化规律的方法。该方法将力与非线性构形状态演化联合起来。组成力-状态混合向量马氏过程。采用分离式分析方法进行状态转移概率速度分析。然后建立力-状态联合概率密度演化方程。求解这一方程可分别得到非线性构形状态演化和结点力随机演化的概率结构。意味深长的是，非线性构形状态的演化方程可以直接由力-状态联合演化方程推导出来。而力的概率演化方程则不能实现力与状态之间的解耦。     

索网天线找形分析的参变量变分有限元法

针对柔性空间索网天线的非线性特点,建立了基于参变量变分描述索网拉压非线性和共旋列式描述几何非线性的有限元控制方程,应用Lernke与改进牛顿法进行求解.通过对索网预张力平衡计算,证明改进牛顿法比Newton-Raphson法具有更强的收敛能力.进一步将力密度法迭代原理与有限元法结合应用于索网天线的非线性找形分析中,获得了理想的索网构型.本文的索网找形方法可广泛应用于空间索网天线结构的设计.     

层合板预紧螺栓搭接孔边应力分析

针对复合材料层合板预紧螺栓单板搭接和双板搭接结构,分别建立了全尺寸三维有限元模型,应用非线性接触算法模拟螺栓连接,采用Prets179预紧力单元施加螺栓预紧力.通过分析两种搭接形式在不同预紧力下的孔边应力分布,得到了预紧力与孔边拉应力以及预紧力与孔边层间应力的关系曲线.分析表明:随着螺栓预紧力增加,层合板孔边拉应力水平不断降低;双板搭接的孔边应力明显低于单板搭接的孔边应力.     

四自由度非线性系统的随机分岔混沌特性研究

以四自由度迟滞非线性随机振动模型为研究对象,以速度和位移立方的模型来模拟振动系统的迟滞非线性力,并以Monte Carlo法模拟随机位移激励,对迟滞非线性随机系统的动力学特性进行分析.通过系统的Poincare截面、分岔图及最大Lyapunov指数分析了系统迟滞非线性力各参数对系统混沌状态的影响.研究表明,非线性刚度系数对振动系统混沌状态的影响较小,线性阻尼项和线性刚度项次之,而非线性阻尼项的影响最为明显.不仅证明了非线性振动系统随机混沌振动现象的存在,更重要的是可以为非线性振动系统参数的合理取值提供理论依据.     

基面力元法(BFEM)的研究及应用进展

从高玉臣院士提出的基面力概念出发,针对一种基于基面力概念的新型有限元法—基面力元法BFEM(Base Force Element Method)的研究及应用进行综述.分析结果表明:基面力元法的计算所得结果与理论解吻合较好,基于余能原理的基面力元法较传统平面4节点等参元(Q4单元)具有较高的计算性能;在高度几何非线性分析中,基于余能原理的基面力元法较平面4节点减缩积分单元(Q4R单元)也具有一些优势;基面力元法列式推导简单,是有限元方法的一种新思路,具有较好的应用前景.