周期弹簧振子结构的局域共振带隙和布拉格带隙特征研究

设计一种周期单元由一个弹簧振子与多个吸振器并联而成的周期弹簧振子结构,该结构可以同时实现低频段的局域共振(LR)带隙和高频段的Bragg带隙。建立周期弹簧振子结构的动力学模型,推导波在周期单元中传播的特征方程,详细分析结构参数对振动带隙边界频率的影响,研究周期结构的振动衰减性能。研究结果表明,周期弹簧振子在低频和高频均具有振动带隙特征,可以应用于结构的减振设计。     

振荡流下悬链线式立管涡激振动特性研究

本文应用改进的尾流振子模型对振荡流下悬链线式立管的涡激振动特性进行了研究。首先基于向量式有限元建立了悬链线式立管振动控制方程,利用独立性原理和改进的尾流振子模型模拟时变的涡激升力,然后采用中央差分法求解立管的涡激振动响应。利用相应的试验结果验证了本文模型的有效性。最后,对振荡流下悬链线式立管涡激振动响应特性进行了分析。研究结果表明：振荡流下悬链线式立管响应幅值出现“振幅调制”现象,大KC(Keulegan-Carpenter)数下,进一步出现典型的“间歇涡激振动”现象;KC数对质点振动相图形状以及流固能量传递有显著影响;振荡流下立管响应峰值随流速呈“多峰”现象,KC=20时多峰现象更为明显;在小KC数范围内,较小的KC数会激励立管产生较大的涡激振动位移。     

柴油发电机组单独运行时的自激振荡

最近,船上发生几起转速自由振荡的运行故障,这种振荡不是激励振荡和转速谐振,而是由电磁自激现象引起的。至今只分析过固定的陆上电网中运行时发生的这种自激现象[1.7.2.3]。在某些负载范围内观察到的振荡很大,以至于无法实现通常的并联运行。只有采用附加的阻尼绕组才能加以消除。意外的是,单独运行(也称为孤立运行)的同步电机具有用现在的理论还不能予以解释的两个特性,那就是:通常由阻尼绕组所引起的电磁弹簧作用的抗扭刚度和它的放大效应。这两个特性最初只是在实验中观察到,本文中首次予以详细的理论分析。     

不同流速下磁悬浮支撑单圆柱振子流致振动响应分析

利用流致振动进行海流能发电是当前可再生能源研究的重点,用磁悬浮支撑代替金属弹簧提供弹性回复力能有效延长装置使用寿命。本文基于等效磁荷法对永磁体间磁力求解,构造磁力弹簧位移函数,将磁力函数代入到STAR-CCM+中利用流固双向耦合法对单圆柱振子进行计算,研究磁悬浮支撑单圆柱振子在不同流速下的振动响应。结果表明：永磁弹簧压缩量为1.2D情况下,l=0.06 m的振子在0.4～1 m/s流速区间内能够保持较高的振幅与频率,l=0.07 m和l=0.08 m的振子在0.8～1 m/s流速区间内的频率较大,能达到2.6 Hz。     

不同类型近破波作用下沉箱式防波堤动力响应分析

采用质量～弹簧一阻尼器集总参数模型模拟防波堤-地基动力系统，对不同类型近破波作用下沉箱式防波堤的动力响应特性进行分析，研究、比较了单峰值冲击型近破波冲击力持续时间、双峰值冲击型近破两波峰值间隔、冲击一振荡衰减型近破波振荡周期等对沉箱式防波堤动力响应特性的影响。结果表明，在近破波冲击力幅值相同的条件下，不同类型近破波作用下沉箱的动力响应有很大差别，单峰值近破波冲击作用下沉箱的动力响应要小于双峰值近破波和冲击一振荡衰减型近破波冲击作用下的情况。     

均匀流场中含自由液面的陷落腔脉动压力分布研究

在有自由液面的情况下,针对横剖面为圆形的陷落腔模型,在均匀流场条件下,开展水动力实验研究,模拟了大量的工况,测量了腔体壁面的流体脉动压力.本文分析了模型所受的脉动压力随傅汝德数在不同腔体位置的变化趋势,并讨论了晃荡现象对压力分布的影响.实验时发现,傅汝德数小于0.35的工况有明显的晃荡现象发生,而傅汝德数小于0.35的工况的脉动压力系数也明显大于其他工况,且变化剧烈.本文认为,流体剪切层自持振荡与腔内液体深度驻波振荡共振是产生晃荡现象的原因,本文实验中Fr≤0.35的工况对应的流速正是达到以上两种振荡频率耦合所需要的流速.本文对工程应用中的腔体尺度和形式的设计有一定的指导意义.     

不同攻角时等高型陷落腔流激振荡特性研究

针对均匀流场中三维等高型陷落腔因分离流而产生的流激振荡问题开展了系列的实验研究。实验过程中分别考虑了来流攻角为0°和15°时、雷诺数变化范围(Re=2.06.105～1.16.106)时三维等高型陷落腔的流激振荡特性。实验中分别测量了三维腔体侧壁周向及垂向流体压力,在分析腔体内稳态压力和脉动压力的周向、垂向分布规律及腔口剪切层自持振荡特性的基础上,研究了攻角对流体压力分布和剪切层振荡频率特性的影响。实验结果表明:均匀流场中三维陷落腔内部压力分布复杂且当雷诺数大于某值时腔体内稳态压力全都呈现出负压,同时来流攻角的增加使腔口导边、随边和腔体内稳态压力明显地减小,顶流点处的稳态压力随相对高度增加先减小后增大。攻角的增加使剪切层振荡频率减小,但并未影响剪切层振频无量纲St数随流速的变化规律。     

月池对振荡浮子式波能装置转换效率的影响

为了提高波能装置转化效率,提出了一种新的基于月池结构的振荡波能装置模型.基于势流理论,建立了振动浮体的一维频域运动方程,根据振动特性,分析了最佳弹簧刚度系数及最优输出阻尼,得到了波能装置最优效率表达式.结合复杂流场边界条件,基于特征函数展开匹配法,研究了各子域的速度势函数表达式,得到了振荡浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的表达式.为了得到月池结构对转换效率的作用并消除尖端共振带来的影响,计算了振荡圆盘在有无月池结构下的转换效率比.数值结果表明:在有效频率范围内,月池对振荡浮子获能效率有较大的提升作用;增大月池外部半径或减小内部半径时,装置低频部分有效频率范围增大,而高频部分有效频率范围上下限均发生变动.     

水下爆炸下舰艇不同部位冲击环境数值分析

[目的]水下爆炸下的舰艇冲击环境是舰用设备抗冲击设计和评估的基础输入。[方法]采用数值方法研究某型船在水下爆炸下不同位置的冲击环境,流固耦合作用采用二阶双重渐近法(DAA_2)。首先选取不同的阻尼比等参数,然后使用不同安装频率的弹簧振子模拟弹性设备。[结果]研究获得了典型位置处与实船相吻合的冲击谱结果,并验证了DAA_2法的准确性和可靠性。在相同冲击输入下,利用振子计算得到不同安装位置的冲击响应并转换得到冲击环境,分析得到了冲击环境在全船上的分布和衰减规律。[结论]研究结果可为舰船设备抗冲击设计提供参考。     

考虑跨肩管土作用的悬跨管道涡激振动特性研究

海底悬跨管道涡激振动是一个复杂的流场-管道结构-跨肩土体耦合问题,其发生机理和振动特性十分复杂,特别是两端跨肩处管土作用对涡激振动的影响有待深入讨论。为此,文章引入了P-y曲线描绘跨肩处管土耦合作用,提出了基于管道位移和速度的新非线性土体弹簧模型,根据能量平衡原理计算土体阻尼,采用尾流振子模型模拟悬跨管段流固耦合作用,建立了考虑流—固—土多场耦合作用的海底悬跨管道涡激振动预报模型,并重点研究了考虑跨肩管土作用时,悬跨管道涡激振动的诸多特性。     

非线性管土耦合条件下悬跨管道涡激振动响应时域预报

海底悬跨管道与海床耦合呈现高度非线性,使得发展一种时域预报方法成为需要.文章运用有限元法对输液张紧悬跨管道进行空间离散,并应用Facchinetti等改进的尾流振子模型和切片假定模拟每个有限单元上的涡激振动水动力,发展了一种悬跨管道-海床-流场多场耦合的非线性时域预报方法.在合理选取尾流振子模型附加水动力阻尼参数的基础上,时域预报了线性、理想塑性和张力截断弹簧模型下悬跨管道的涡激振动响应.研究结果表明,基于尾流振子的时域预报方法能够合理地描述非线性管土耦合边界下VIV响应;非线性边界条件下,锁定产生的最大响应幅值低于线性结果.     

MAN B&W 6G50 ME-C主机排气阀关闭过慢故障分析

分析ME-C型主机排气阀关闭过慢故障现象,结合排气阀结构与工作原理,从空气弹簧室密封环安装时异物卡阻及质量不好、气缸内燃气上窜、空气弹簧室下部油腔有无润滑油、空气弹簧室安全阀与单向阀故障、控制系统及传感器故障等方面进行原因分析,发现主要是密封环磨损、燃气上窜与空气弹簧室下腔内滑油量不足以及排气阀位置传感器接线盒到气缸控制单元线路损坏导致。通过更换密封、液压油缸弹簧垫圈、在空气弹簧室下部油腔内充注足量干净润滑油及更换排气阀位置传感器接线盒到气缸控制单元线路,使排气阀工作恢复正常;同时对排气阀密封空气系统结构进行改进,提高空气弹簧室空气压力,阻止燃气上窜,减轻排气阀阀杆腐蚀和磨损,减小对排气阀关闭行程的影响。     

基于减振器的周期振子动态性能研究

在周期振子上等间距布置橡胶减振器吸振器,形成局域共振(LR)周期振子结构,揭示了周期结构中布拉格带隙和局域共振带隙以及两种带隙的共存。采用传递矩阵法推导了周期单元的导纳矩阵,为求解周期结构中波的传播系数和动态响应奠定了理论基础。数值讨论了周期振子结构参数对两种LR和Bragg带隙边界频率的影响。推导了在任意冲击载荷作用下,周期振子结构的动态响应特征。     

基于SPH模型的2种压力振荡抑制算法比较分析

[目的]传统光滑粒子流体动力学(SPH)方法在模拟包含自由液面的水动力学问题时存在流场压力振荡。为了选取有效的算法来抑制压力振荡,对比分析密度正则化和密度耗散项这2种密度耗散算法对压力振荡的抑制效果。[方法]采用波高探测程序定量比较流动形态,并考虑运动速度对2种算法的影响。针对二维矩形液舱中的晃荡问题,考虑在不同的角速度情况下,选取流场中的压力和波面高度变化综合评判2种算法的效果。[结果]通过比较后发现,密度耗散项算法在耗散系数取为0.05时在不同的角速度情况下,均能有效抑制压力振荡,获得更稳定的流场压力和波面形态;当角速度较小时,密度正则化算法的结果较差。在角速度高的晃荡问题中,2种SPH算法对抑制压力振荡的效果基本持平。[结论]该结论具有一定的工程借鉴价值。     

拖曳系统变速拖曳的振动响应

在对拖曳系统数值计算模型进行验证的基础上,采用自动时间分辨率调整算法对拖曳系统受到冲击作用形成的振动响应进行计算。分析拖曳系统的缆长、重力、拖曳速度和加速时长的变化对2个张力振荡时段的影响。结果显示:加速过程中拖曳缆内的张力在短时振荡之后缓慢减小,拖曳系统在获得稳定的动能输入之后呈现出良好的线性行为;终止阶段存在张力陡降段的滞后现象,冲击张力显著大于起始阶段的振荡;若拖曳体质量增大,则振荡冲击作用显示的峰值增大,振荡持续的时间不发生变化,加速终止阶段的峰值减小。加速时段越短,2个阶段的冲击作用越显著;加速时间越长,张力振荡的时段越长。放缆长度增大,弹性效应增大,拖曳系统的冲击效应显著增大。     

二维机翼弹簧系统的涡激振动

本文采用N-S方程数值模拟了二维机翼的流固耦合运动，用弹簧系统代替实际固体变形产生的回复力和力矩。翼型的运动是两个自由度，即垂直于来流的振荡和转动振荡。为了模拟涡激振动，机翼的初始攻角取得比较大，以便产生周期性的旋涡脱落及周期性的流体动力，后者与弹簧系统相耦合，引起振动。     

质量比对深海立管二维耦合振动特性影响研究

本文利用经典的结构动力学理论分别建立结构双自由度振动的动力学方程和尾流振子的范德波尔方程,方程中考虑双自由度振动的耦合情况,构建立管二维振动的控制方程,并以此来预报立管平面双向涡激振动相关特性,探讨质量比对立管双向振动耦合的影响规律。结果表明：立管振动的迟滞现象是由于耦合振动方程中耦合参数ε的存在,且耦合参数ε随质量比的减小而减小;质量比对两个方向上的振幅均有较大的影响,导致横流向振幅和顺流向振幅表现出强耦合性,顺流向的作用不可忽略。     

空气弹簧比例阀充放气性能分析

针对空气弹簧隔振器比例阀放气控制问题,对比例阀的工作特性进行理论分析,并通过试验进行进一步测试,得到空气弹簧压力变化量及工作压力与比例阀开度之间的关系,从而建立比例阀的实际工作特性曲线模型,制定充气和放气开度查询表。结果表明:根据实际压力的大小和所需压力变化量,比例阀开度表可实现对空气弹簧压力较为精确的控制。     

对机械密封装置中的Ω型弹簧刚度与应力的数值仿真分析

应用有限元软件ANSYS对新型的船体尾轴密封装置中的Ω型弹簧进行模拟和分析。对弹簧承受大应力的部位进行强度校核,并描绘出弹簧的压缩量-弹性力,以及压缩量-最大等效(Mises)应力的关系曲线。模型分别采用各圈单独和整体两种不同的建模方式进行计算。两种建模方式的结果较为吻合,证实了方法的可靠性。分析结果为机械密封装置Ω型弹簧的优化设计提供了参考。     

空气弹簧联轴器参数对刚度特性影响仿真分析

通过非线性有限元分析软件MSC.MARC建立空气弹簧有限元模型,分别利用REBAR单元和Herrmann单元模拟帘线以及气胎胶囊,通过空腔结构模拟气囊充气过程中内部压力的变化.比较分析了影响空气弹簧径向刚度及轴向刚度的多种因素,包括结构型式(如气囊对数、气囊容积、气囊高度、气囊有效直径)、气囊帘线材质、帘线层数、帘线的角度、橡胶的材料特性以及气囊初始充气压力等,从而对空气弹簧联轴器参数进行了优化.