航空发动机叶片振动特性试验研究

目的通过理论计算和试验验证获得航空发动机叶片一阶弯曲振动频率,并在一阶弯曲振动模态下获取叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。方法利用有限元分析软件对叶片进行模态分析,得到叶片的一阶弯曲振动频率。在振动试验系统上,通过扫频试验验证叶片发生一阶弯曲共振的频率,对叶片进行高应力振动试验。结果叶片一阶弯曲振动频率理论计算值为3584 Hz,实验值为3286 Hz,误差为8.31%,满足工程误差小于10%的要求。叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系为σ=1.8759af。结论得到了叶片的一阶弯曲振动频率以及叶片所受应力与叶片自振频率、叶片振幅之间的关系。     

疲劳损伤等效在随机振动试验中的应用

以疲劳损伤等价为基础的随机振动试验是评价结构振动环境适应性能力的重要手段.将基于位移模态和应变模态的模态叠加方法分别应用于结构振动位移响应和应力响应的分析中,建立了随机振动试验不同激励条件下,结构振动响应的关系;将结构随机振动应力响应的峰值概率分布通用关系应用于疲劳损伤评估,导出了振动疲劳损伤等效关系.以一个试验为例介绍了疲劳损伤等效原则在随机振动试验中的应用.     

某型机载武器在挂机飞行环境局部共振问题的解决

某型机载武器在挂机飞行环境下,出现蒙皮局部共振现象,引起连接铆钉脱落。为了查找引起共振的原因,通过地面试验与挂机飞行试验,对武器主要结构固有振动特性及外界输入激励进行分析。结果表明：蒙皮发生局部共振是由于与其支撑部件固有频率特性接近引起共振,而挂机时出现的局部气流扰动,是引起共振的主要原因。通过改变部件的频率特性避开共振区,可有效避免该类故障的发生。     

基于PANDA平台的飞行器脉动压力激励随机振动响应分析

目的形成自主再入飞行数值模拟预测技术。方法采用模态叠加法开展自由结构的多点脉动压力激励随机振动响应分析,基于PANDA高性能力学分析平台进行并行实现研究,构建相应的求解模块。针对飞行器再入过程,基于自主研发的软件模块,分析飞行器自由状态的模态特性及其在实测脉动压力载荷下的振动响应,并与商业软件分析结果进行比对。结果模态振型的误差小于0.2%,位移均方根响应云纹分布一致,最大值和最小值的误差分别为1.93%和6.14%。结论验证了相关功能的正确性,证明PANDA平台可以用于实际工程的结构分析中。     

舱门振动对舱室噪声特性影响研究

目的研究舱门结构振动特性对舱室声场特性的影响与控制方法。方法基于声固耦合分析方法,对典型舱门结构的振动声辐射特性进行仿真分析,研究材料、板厚以及阻尼层对舱门结构声辐射特性的影响规律。建立舱室声学分析模型,分析舱门结构振动对舱室声学环境的影响。结果计算了典型舱门结构的固有频率和声辐射特性,舱门结构在固有频率处容易辐射出较大的噪声能量。通过分析舱室典型位置声压频率响应可知,声压峰值频率以舱室模态频率为主,且响应最大值出现在舱门结构频率和舱室模态频率重合处。仿真分析结果显示,采用在舱门表面增加约束阻尼层的降噪方法,可以有效降低舱室噪声。结论舱门结构振动模态频率与舱室声学模态频率的重合产生较大的共鸣噪声。在舱门上增加约束阻尼层是一种简易且有效的舱室噪声控制措施。     

基于振动台试验的结构模态参数辨识

根据采用振动台环境试验数据,得到了以振动台台面与被测对象之间连接点为激励点,测点为响应点的被测结构频率响应函数,从而获得了结构的模态参数。以模态试验的结果作为衡量标准,验证了利用振动试验的力控数据进行模态分析的正确性和可行性。     

高超声速导弹随机振动响应分析

目的 研究某高超声速导弹飞行过程中的振动状态,获得导弹在给定压力载荷下的振动响应特性。方法结合有限元分析、随机振动理论,利用三维软件构建导弹有限元模型,并在Ansys Workbench平台对其进行模态分析及谐响应分析。基于模态分析结果,对导弹进行随机振动响应试验,探究导弹在频域及力学上的振动响应特征。结果 计算得出导弹前六阶固有频率和振型,获得导弹上一检测点在给定振动激励载荷下的加速度响应曲线,并得到导弹整体结构的应力分布云图。结论 导弹模型强度符合要求,导弹在振动激励载荷下的加速度响应峰值均出现在380～400Hz,应力极值出现在导弹尾部区域,在此区域内,导弹更易产生结构性损伤。在飞行器地面环境模拟试验中,应着重考虑此频域及位置的振动条件。     

超重力模拟试验离心机振动特性的回归分析

目的 研究试验离心机轴承座以及主轴振动随运行工况的变化规律,实现不同工况下离心机振动的预测。方法 通过试验方法分别获取不同工况下超重力模拟试验离心机的轴承座以及轴振数据。建立试验离心机的单自由度动力学模型,基于该模型,对不同工况下离心机基座振动加速度以及主轴振动位移进行回归分析。结果 离心机轴承座以及主轴振动基频均随着转速以及不平衡量的增大而增大。回归模型对轴承座以及机室基频振动数据的回决定系数均在0.9以上,对中导以及上导主轴振动位移的回归决定系数在0.7左右,对下导主轴振动位移决定系数小于0.1。结论 回归模型可以很好地解释和预测轴承座以及机室振动基频随着转速和不平衡量的变化规律,可以部分预测中导以及上导处主轴振动位移随运行工况的变化。该分析结果为大型试验离心机振动监测系统的设计以及振动特性的预测提供了参考。     

剪切模型箱在离心振动复合环境下的动力学响应分析

目的研究剪切模型箱在复合环境下的动力学响应规律。方法针对叠层式剪切模型箱的结构特点,建立考虑层间滑动的动力学模型。通过对离心机在工作状态下的动力学特性进行模拟,结合设计指标,对剪切模型箱进行离心振动复合环境下的响应分析。结果得到了剪切模型箱的激励力谱,以及模型箱在不同过载及振动环境状态下的固有特性。结论离心工作环境下,模型箱固有频率变低。离心载荷是影响模型箱强度设计的主要因素。     

振动-离心复合下土工离心机的 工作模态试验分析

目的获得离心机静止及不同运行状态下的动态特性。方法通过离心机常规模态试验,采用SIMO识别方法,利用力锤产生瞬态激励,计算出激励点与响应点之间的频响函数,通过模态拟合,得到结构的模态参数(频率、阻尼和振型)。进行离心机工作模态试验,测量结构响应并经放大变换,选择2个以上参考点进行互谱分析,获得工作模态参数。结果离心机静止时前两阶模态为绕y轴和绕x轴偏摆,频率分别为3.23、9.94 Hz,本身一阶弯曲频率为11.17 Hz。不同转动加速度下,离心机一阶工作频率为转动频率;二阶工作模态振型为绕y轴偏摆,频率随着转速的升高而增大。结论通过模态试验分析,获得了该离心机静止及不同运行状态下的模态参数,可为有限元模型修正、结构设计及优化提供参考。     

基于应变模态方法的飞机蒙皮分布动载荷识别

目的解决飞机蒙皮分布动态载荷确定的工程实际问题。方法将基于广义正交多项式的复杂分布动载荷识别技术与应变模态理论相结合,建立利用有限个测点的应变响应和结构应变频响函数作为已知参数的飞机蒙皮分布动载荷识别模型。利用Nastran软件,以某型飞机机身中段外蒙皮为例,分别采用位移模态方法和应变模态方法进行了70、80、90、100 Hz下的蒙皮分布动载荷识别,并进行对比分析。结果以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法,在各计算频率下均具有较好的识别精度,最大识别误差为8.9%,能够满足工程应用。在各识别频率下,采用应变方法识别过程中的积分矩阵条件数小于位移方法。在100 Hz识别频率下增加3%随机误差干扰后,位移识别方法最大误差为19.4%,采用应变方法的载荷识别最大误差为9.8%。结论相比于传统的采用位移模态的载荷识别方法,以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法具有更好的数值稳定性,对于解决结构共振频率附近频响函数矩阵奇异性问题具有很好的应用价值。     

某车载油箱在随机振动环境下的疲劳寿命研究

目的 针对某车载油箱高周疲劳寿命难以预测问题,研究该设备在随机载荷环境下的疲劳寿命。方法 首先通过模态试验得到油箱固有频率及振型,然后利用Solidworks建立该车载油箱的仿真模型,在ANSYS Workbench软件中进行模态分析、随机振动分析、谐响应分析。最后利用ANSYS Workbench软件中的nCode SN Vibration (DesignLife)模块,在随机振动疲劳寿命频域分析法基础上,通过nCode模块中的Narrowband法进行油箱在多个加速度功率谱密度下的疲劳寿命研究。结果 该油箱在约束模态试验和仿真分析下所表现的动力学特性基本相同,油箱纵向为振动严酷方向。在已知加速度功率谱密度下,油箱疲劳寿命随低阶固有频率处功率谱密度幅值的增加而降低,但油箱薄弱部位始终保持不变。结论 建立的仿真模型准确,可为油箱优化设计及后续油箱疲劳试验提供参考。     

某导弹振动夹具设计及测试分析

目的 设计符合某导弹振动试验要求的夹具.方法 采用SolidWorks和Workbench两种软件协同分析的方法,对振动夹具进行设计.首先使用SolidWorks建立导弹振动夹具的实体模型,之后在Workbench中采用有限元方法对夹具进行模态分析.根据模态分析结果,在对夹具进行多次的结构修改和分析计算后,得到满足设计要求的夹具.将设计合格的夹具加工制作后,在振动台进行传递特性分析,以验证设计和分析结果.结果 根据振动夹具模态振型的变化趋势,可以通过增加夹具的底板和立板的厚度来提高夹具的固有频率.通过计算,将夹具底板和立板的厚度均增加到30.0 mm时,夹具的固有频率达到了311.68 Hz.将加工好的夹具按照实际试验方式固定在振动台,并进行动态响应测试,得到夹具一阶频率为410.0 Hz.结论 设计方法达到了振动夹具的基频大于被试品3～4倍的目标,满足了导弹振动夹具的动力学特性要求.     

公路运输振动环境下发动机粘接界面受载情况分析

目的 基于实测数据,分析公路运输时发动机粘接界面处受振动载荷情况,为振动试验提供依据.方法 采用加速度传感器记录公路运输下加速度数据,对信号进行时域统计分析,并完成载荷谱的构建,通过有限元软件,构建发动机简化模型,进行发动机模态分析和振动过程模拟.结果 对消除趋势项后信号进行统计分析,信号峰值大于3倍均方根值,表明振动数据中包含数值急剧变化的部分,信号峭度为9.34,属于超高斯分布,采集信号中包含冲击信号.将简化后PSD作为输入进行模态分析,结果表明,后封头底端粘接界面位移较大,通过选取的4个参考点上看,位移和加速度均方根值突变的频率在33 Hz附近.模拟实际振动过程发现,前封头及筒段处粘接界面所受应力较为均匀,约为25 kPa,在封头和圆筒段相接处应力值较大,特别是在后封头顶端,存在应力集中,应力值最大可达130 kPa.从应力历程上可以看出,药柱的松弛效应使得冲击过后应力幅值迅速变小.结论 通过实测数据与有限元软件结合,完成了发动机粘接界面模态分析和实际振动过程模拟,为后续振动试验提供了基础.     

基于模态分析的某振动试验方法改进

目的对该试验夹具进行改进设计,使试验夹具首阶模态频率大于60 Hz。方法基于模态分析方法,分别采取改进夹具结构形式和改变夹具边界条件两种改进方式进行优化设计。结果根据模态分析结果发现,夹具结构形式改进对模态频率提高的效果不明显,改变边界条件能够显著提高夹具频率。改进后试验夹具首阶模态频率为69.5 Hz,大于试验输入载荷频率范围。结论试验夹具的固有频率应避开振动试验输入载荷频率范围,避免对试验结果造成影响。     

OMEGA算法在导弹振动工程中的应用

目的研究位移、速度和加速度谱之间的转换关系,给出三者功率谱密度之间的转换公式,进而用于导弹运输振动环境的设计。同时,研究加速度信号转换为振动位移的方法,并应用于导弹舱内单机设备安全间隙的设计。方法利用OMEGA算法,首先将加速度传感器测得的加速度时域信号转换成加速度频域信号,随后将加速度谱转换成位移谱,并计算位移谱中每个谱线对应的幅值、相位和圆频率,最后将各位移分量简单叠加得到振动位移的时间历程。结果采用该方法计算了高速公路上导弹的运输振动位移功率谱,并得到垂向、横向和纵向的峰-峰位移分别为3.32,0.46,2.14 mm。同时,计算了飞行环境下导弹舱内单机设备的振动位移,与所测得位移在幅值上相当,时域曲线形态一致。结论该方法能够很好地应用于导弹振动工程设计。     

复合隔振器隔振装置的性能研究

目的为提升隔振装置的隔振性能,研发具有优良隔振性能的隔振装置。方法在20~1600 Hz频段内,利用有限元分析软件对某新型复合隔振器隔振装置进行谐响应分析,并进行整体隔振试验,得出隔振装置在外激励下频域上的振动响应。结果对比分析有限元仿真结果与隔振试验数据,在20~80 Hz内,振级落差大于15 dB,在200~1600 Hz上,振级落差也在24 dB以上,在200~1000 Hz上加速度振级落差仿真和实验的RMS值分别为36.6 dB和38.9 dB,结论该复合式隔振器隔振装置具有优良的隔振性能。