航天器噪声试验中结构振动响应预示方法研究

航天器在随运载火箭发射过程中要承受严酷的噪声环境,需通过噪声试验来检验航天器承受噪声环境并能正常工作的能力.航天器噪声试验中结构振动的响应特性是结构强度设计应该考虑的因素之一,更是制定器上组件随机振动试验条件的重要依据,因此有必要在航天器研制初期对噪声载荷作用下的结构振动进行响应预示.文章应用商用有限元分析软件MSC.Patran和MSC.Nastran建立了某型号航天器结构舱板的有限元模型,将噪声载荷声压谱转换为脉动压力功率谱密度,进而采用模态法分析结构在噪声载荷作用下的随机振动响应,并将仿真预示结果与试验结果进行对比研究,在仿真分析中考虑阻尼参数模型和流场附加质量效应等因素的影响;通过研究表明:采用阻尼比随频率提高而减小的经验阻尼参数模型可以较好地反映中高频响应特性、得到较为准确的总均方根响应分析结果,进一步采用虚拟质量法考虑流场附加质量效应可以得到较为准确的功率谱密度响应分析结果.文章提出的仿真分析方法建模简便、计算成本低,适用于在航天器研制初期对航天器噪声试验中的结构振动进行响应预示.      

某型航空发动机压气机叶片振动疲劳寿命研究

以某型航空发动机压气机叶片为研究对象,在室温条件下进行了一阶弯曲振动疲劳试验,确定了叶片1×107循环基数下的振动疲劳极限.疲劳寿命分析表明在低振动应力下,Basquin方程可以很好地预测叶片的振动疲劳寿命.但在较高振动应力下,Basquin方程预测叶片的疲劳寿命偏于危险,原因在于Basquin方程不能反映塑性滑移对疲劳损伤的影响.为解决这一问题,引入了一个新的应变比因子对Basquin方程进行了修正.对于较高振动应力770MPa和740MPa下叶片的振动疲劳寿命而言,修正后的方程寿命预测误差分别为78.7%和38.5%.与原始Basquin方程相比,修正后的方程寿命预测精度分别提高了66.0%和19.2%.     

模态分析在航空发动机振动故障分析中的应用

本文介绍了模态分析与数字谱分析技术在航空发动机振动故障诊断中的应用.具体研究了航空发动机故障信号分析、处理,发动机整机及零部件模态试验,以及根据实测频响函数的非线性特性诊断发动机零件裂纹的方法,并据此判断发动机产生故障的原因.     

航天器火工冲击模拟试验及响应预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境是由星箭分离、部组件展开等工作过程中的火工品起爆引起的作用于结构上的高频、高加速度量级的瞬态冲击响应,能对航天器上含有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤,是航天器需要经历的最苛刻的力学环境之一。本文中,对国内外航天器火工冲击地面试验方法和环境预示方法做了全面、详细的介绍,总结了这两个方面的研究进展,分析了我国在这两个方面与航天强国的差距。最后,从我国航天工程实际需求出发,提出了今后航天器火工冲击领域应重点开展的研究方向。     

航空发动机整机耦合动力学模型及振动分析

面向航空发动机整机振动, 建立了航空发动机转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型. 该模型具有如下特点: (1)考虑转子、滚动轴承及机匣之间的耦合作用; (2)考虑了实际航空发动机的弹性支承及挤压油膜阻尼效应; (3)将转子考虑为等截面自由欧拉梁模型, 运用模态截断法进行分析; (4)考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触力以及变柔性VC(Varyingcompliance)振动; (5)考虑了转子与机匣之间的碰摩故障. 运用数值积分方法研究了航空发动机的整机振动规律, 包括: 滚动轴承VC振动分析、弹性支承刚度对耦合系统临界转速的影响、转轴模态截断阶数NM对系统响应的影响分析、挤压油膜阻尼器参数对系统响应的影响分析、突加不平衡的瞬态响应分析以及转静碰摩故障特性分析等.      

平带驱动系统的振动分析研究进展

综述汽车发动机中带张紧装置的平带驱动系统振动分析的研究进展,在转动振动的力学模型和相应数学模型基础上,总结了用数值方法,复模态分析方法和增量谐波平衡法进行线性振动和非线性振动分析以及打滑预测的结果,在转动－横向耦合振动的力学模型和数学模型基础上,总结了用数值方法,Holzer法,模态分析法和直接多尺度法进行线性振动和非线性振动分析的结果,最后提出需要深入研究的若干问题。     

某型航空发动机销钉式叶片固有振动频率的有限元计算

为利用有限元方法计算某型航空发动机低压压气机销钉式转子叶片的固有振动频率,以柔度矩阵法的计算结果为参考,通过约束销钉-销孔接触面上部分节点的自由度,将非线性的接触问题转化成线性问题,满足了有限元法的使用条件。最后,建立了约束自由度的节点面积与销钉-销孔接触面积之间的关系,为利用有限元方法解决类似问题打下了基础。     

热弹耦合圆板非线性振动的研究

对温度场中圆板的非线性热弹耦合自由振动问题,由非线性振动方程、协调方程及热传导方程出发,运用伽辽金法求解,得出一个关于时间的非线性常微分方程组.将热弹耦合与非热弹耦合情况进行对比,发现给定初始位移较小时,热弹耦合效应使板的固有频率相对与无热弹耦合情形提高;给定初始位移较大时,热弹耦合效应使固有频率降低.该文还比较了不同热弹耦合参数和边界条件对热弹耦合效应的影响     

热环境下复合材料壁板的振动特性分析

针对飞行器中常见的壁板结构,运用能量原理和变分方法,建立了定常温度场下复合材料壁板振动的控制方程以及相应的有限元分析模型。分析了热环境对壁板振动特性影响的机理,同时提出了一种针对热环境下复合材料壁板振动特性分析的线性化计算方法。采用这种方法,热环境的影响以一个热刚度项和一个热载荷项的形式出现在常温下的振动运动方程中,由此可以较准确地模拟热效应对结构振动特性的影响。通过对热环境下复合材料壁板振动固有特性数值分析结果的对比,验证了本文方法的可行性和计算精度。同时分析结果表明,热效应产生的诱导应力对结构刚度的影响是导致壁板固有振动频率降低的主要原因。     

某热发动机用阀体材料的研制及其性能

用粉末冶金法制备了以稀土氟化物ＣｅＦ３改性的某热发动机用阀体材料Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ自润滑合金材料，并且这种材料的机械物理性能和摩擦学性能进行了试验研究。结果表明：在给定的试验条件下，于Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ合金中添加ＣｅＦ３的质量分数（ｗＣｅＦ３）Ｏ ３％时，可以明显提高合金材料在室温下的冲击韧性和７００℃高温下的抗压强度强；当ｗＣｅＦ３＝５％时，合金人有最好的摩擦学性能。综合考虑机械性能与摩     

Vibration analysis of a multi-span rotating ring with ray tracing method

A ray tracing method is applied to analyze both the free and forced responses in a rotating multi-span section ring. In this paper, element coordinates are established and coupled by dispersion and transmission matrices. Structure vibration displacements are expressed in a wave form with a combination of propagation, fast-attenuating and near-field waves. Meanwhile, an exciting force is considered as a point discontinues with different elements on both sides. The wave reflection and transmission matrices are introduced through coupling different elements by applying wave transmission coefficients and transfer matrices. For numeric computation, the reflection and transmission matrices are assembled, independent waveguide elements are integrated and the responses of rotating rings with non-uniform section area are derived. The structure modeling and a numeric computation with corresponding solutions illustrate the validity of the presented approach. The investigation result also shows that the presented approach can be extended to compute accurately on the dynamic characteristics of a rotating complex structure (high speed bearing cage).     

结构振动分析中的无网格方法

无网格法采用移动最小二乘法构造位移函数，采用罚方法满足本征边界条件，对弹性体的振动问题进行了分析。首先，对权函数中的参数进行了讨论并优化，给出了参数最优值的确定方法；在此基础上对不同边界条件下梁和板的模态进行了分析；最后计算了受突加荷载作用的简支梁以及具有初位移的筒支方板的动力响应。计算结果表明该方法在动力问题的分析中有较高的精度。     

A station-data-based model residual machine learning method for fine-grained meteorological grid prediction

Fine-grained weather forecasting data, i.e., the grid data with high-resolution,have attracted increasing attention in recent years, especially for some specific applications such as the Winter Olympic Games. Although European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) provides grid prediction up to 240 hours, the coarse data are unable to meet high requirements of these major events. In this paper, we propose a method, called model residual machine learning(MRML), to generate grid predict...     

列车运行下环形轨道模型振动试验分析

搭建了环形轨道振动试验平台,开展环形轨道振动试验、轨面不平顺振动试验研究。采用INV3062T信号采集仪和INV-9828加速度传感器分别对轨道的横向响应(道床)、纵向响应(轨腰)、轨道表面和扣件支撑处进行加速度信号采集。通过凸起模拟了轨道不平顺,试验分析了轨面不平顺对钢轨动态响应的影响。分析了速度对横波、纵波和轨面不平顺的影响。结果表明:轨道横向振动幅值远大于纵向振动;相邻扣件中点处的振动响应大于扣件处;轨面不平顺会使振动响应增大甚至引起跳动;随着速度的增大,轨道振动位移响应呈上升趋势。     

摆式电机振动机械动特性分析与实验研究

本文针对装有摆式激振电机的新型振动机械进行了动特性分析及实验研究。文中先建立了线性时变系统的微分方程；进而对其进行了数字仿真，得到了该系统的运动规律；并在实验中得到了验证，最后，对所研究的系统进行了参数灵敏度分析。从整个分析过程可知，对装有摆式激振电机的振动机械，只要合理设计摆杆，橡胶轴承、系统支承和电机的参数，就能使振动机械沿给定方向作稳定的简谐振动，同时所设计的系统具有较强的鲁棒性，从而证实了这种新型振动机械不仅具有经济、可靠、通用性强的优点，而且还具有良好的动态性能     

基于区域分解的环肋圆柱壳-圆锥壳组合结构振动分析

提出了一种区域分解法来分析不同边界条件下环肋骨圆柱壳-圆锥壳组合结构的振动特性.首先把组合壳体分解为自由的圆柱壳、圆锥壳段;视环肋骨为离散元件,根据肋骨与圆柱壳段之间的变形协调条件,将肋骨的动能和应变能附加于圆柱壳段能量泛函中.然后基于分区广义变分和最小二乘加权残值法将所有分区界面的位移协调方程引入到组合壳体的能量泛函中.圆柱壳段、圆锥壳段位移变量的周向和轴向分量分别采用Fourier级数和Chebyshev多项式展开.以自由-自由、自由-固支和固支-固支边界条件的环肋骨组合壳体为例,采用区域分解法分析了其自由振动及在不同激励下的振动响应.通过与有限元软件ANSYS结果进行对比,发现两种方法计算结果非常吻合,验证了区域分解方法的计算精度和高效性.     

独塔斜拉桥的环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点.本文以吉林市临江门大桥为工程背景,通过动力试验,研究了该桥在天然脉动荷载作用下的固有特性.采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的固有特性.有限元计算结果与动力试验结果比较吻合.结果表明,环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础.     

大跨度斜拉桥环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点。以青洲闽江大跨度斜拉桥为背景,介绍了通车前全桥环境激励动力试验,采用频域峰值法和时域随机子空间识别得到了该桥的基准的动力学特性,并与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好。结果表明环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,结果可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础。     

Vibration analysis of a circular disk tensioned by rolling using finite element method

Summary The paper proposes a method in finite element analysis for estimating natural frequencies of a disk tensioned by rolling, without the use of eigenvalue analysis. The natural frequencies of a disk vary when the localized plastic deformation caused by roll-tensioning induces residual stresses. Tensioning is used for improving the dynamic stability of circular saws; the optimal condition of rolling can be predicted from natural frequency characteristics. In the proposed method, the natural frequencies after rolling are easily estimated from the mode shapes of the disk before rolling and the stress distribution after rolling. The method is based on ideas similar to thermal stress and sensitivity analysis rather than on eigenvalue analysis. The effectiveness of the method is shown by comparing the natural frequency characteristics obtained by this method with those by eigenvalue analysis. Received 18 June 1998; accepted for publication 8 April 1999