旋转功能梯度圆柱壳振动影响因素研究

高速旋转轴系的扭振模态实验研究1 引言对于旋转机械，扭转振动是广泛存在的，而对高速旋转机械来说，这种现象也更加明显。

现在广泛使用的扭振测量方法有相位差法、激光多普勒测扭法以及脉冲时序法，这些方法有一个共同点，就是要求待测轴上已经安装有分度结构或者有足够空间用于安装测量齿盘[1]。

而在高速旋转机械中，旋转轴往往在非常复杂的工况下运行，例如充满润滑油的变速齿轮箱，在这种高温复杂并且充满干扰的环境下是不可能用传统方法进行测量的，无论是定位元件的安装以及传感器的抗干扰性都很难保障。

虽然脉冲时序法克服了齿盘分度不均匀的影响，测量精度也较高，但是这种方法对待测轴系有严格的要求：轴的长度必须具有一定跨度来安装多个传感器；并且轴上必须安装有轮盘或者有足够的空间可以安装轮盘[2]。

对于本论文中待测的传动轴来说，大部分轴段是在密封环境中使用的，而暴露在外的轴段没有足够空间安装分度轮盘，这个时候就需要改进测试方法，选用更加节省空间的测试方法。

结合上文的介绍，本论文采用了试验台对旋转轴的扭振特性进行研究，在传感器方面，选用了美国ATI 公司的2000 系列遥测扭振传感器，一方面考虑到它的无线信号传送的优点，既传感器测得的信号不需要线材就可以很好的被接收器接收。

这样不仅很好的解决了测量高速旋转轴扭振时信号线难的问题，同时也避免了传统脉冲时序法对轴系形式有特定要求的弊端。

另一方面，因为该传感器采用了对称布置的双加速度传感器结构，所以很好消除了重力以及径向加速度的影响。

在试验中，利用现有高速旋转试验平台，用试验的方法得到了待测轴的扭振一阶固有频率，同时，利用Ansys 仿真软件计算出待测轴的模态参数，通过和实验数据的对比，证明了扭振测试系统的准确性和可靠性。

2 扭转振动测试系统扭振测试部分主要对被测旋转轴的扭转振动加速度参数进行测量。

示的是ATI 扭振传感器安装实物图：为保证扭振测试装置能够方便的安装、调整，整个测试装置设置在具有T 型滑动槽的工作平台上，同时，各传感器组件以及支架都可以方便的进行横向和纵向的位置调整，已获得更大的灵活性并满足不同传感器的安装位置要求。

旋转型机械设备振动与减振的探讨作者：张连军崔志敬在安装工程中，旋转型机械设备的振动是难以避免的，而超出承受力的振动将对设备本身产生极大的危害，也会对周边环境产生噪音污染。

如何经济有效的将设备的震动减小到最小值，是设计与施工应着重考虑的课题。

一般来说，旋转型机械设备的振动主要由以下几种原因形成：1.转子不平衡。

泵或风机等设备的叶轮或轴等旋转部件经长期运转行成腐蚀和磨损造成转子不平衡从而引起振动；2. 联轴器找正不准确引起设备振动。

设备在生产或安装时联轴器找正不准确使原动机和设备轴同心度差，从而引起设备振动；3.设备基础较轻引起振动。

由于基础太轻或不牢固，易形成设备与基础产生振动的同步性，从而形成强烈振动；4.临界转速引起振动。

设备轴的转速与转子的固有频率相同时就会发生强烈共振，我们常见有些设备在启动时会有较大幅度的振动，而在其正常运转时情况就会大大转好，就是这种原因。

此外泵类设备的振动原因还有汽蚀和喘振。

以上几点中，第4点是设备本体设计的问题，第3点较容易克服，汽蚀和喘振所引起的振动可以通过系统调节来解决，第1、2点原因指的设备内部旋转部分产生不平衡的惯性力矩和力矩强迫基础形成振动，这种振动是安装工程中最常见的。

下面我们主要对由这种原因引起的振动进行分析。

设备基础通常与基坑物质（土壤或其他刚性物质）直接接触，因此旋转设备的回转惯性力或往返惯性力皆传给基坑，从而引起基础与基坑物质的共同振动。

由于基础与基坑的不可分割性及吸振效果，所以通常情况下，我们可以将二者合二为一，看作是一个弹簧系统，从而建立一个单自由度减振系统模型（如下图所示）,即我们只考虑垂直方向上的力（水平方向上的力所产生的振动很容易被可视为水平面无限大的基坑所吸收），所以由工程力学原理可得：m0d2 A/( dt2)+K A=Mrω2cosωt ——式1其中m0——设备基础及设备本体质量K——弹簧刚性M——设备旋转部分质量A——弹簧系统竖向振幅R——旋转部分垂直干扰力r——设备旋转部分偏心距ω——旋转部分干扰圆频率以上数学式为设备基础及本体加速度产生的力、弹簧的作用力与设备本体旋转产生的垂直作用力（R= Mrω2cosωt）之间的数学关系。

基于Donnell-Mushtari理论的燃烧室机匣模态特性研究李湉1，阳凡2，唐书发2，郭亮2（1.中国航发成都发动机有限公司，成都610503；2.西南石油大学机电工程学院，成都610500）0引言航空发动机燃烧室机匣作为发动机重要的组成部分，其制造质量严重影响发动机的整体结构性能。

燃烧室机匣材料为镍基高温合金，锻造后采用机加工制成，其中主要以铣削加工为主。

常规燃烧室机匣尺寸高度为600mm左右，直径为ϕ1000mm左右，其毛坯质量较大。

但是完全加工后的燃烧室机匣壁厚度为2~5mm左右，相对于毛坯来说其材料去除率高达80%左右。

因其材料的特殊性及超高的材料去除率，导致燃烧室机匣加工可切削性能差。

更重要的是，因燃烧室机匣最薄处壁厚约为2mm，在加工的过程中容易产生剧烈振动，导致刀具加速磨损的同时降低燃烧室机匣表面质量。

加工系统振动原因很多，但是共振对振动的影响最为显著。

因此研究燃烧室机匣的模态特性，对认识燃烧室机匣振动机理及内在规律具有指导意义，为后续优化改进燃烧室机匣铣削工艺及减振工装的结构设计具有很强的工程价值。

目前，现有壳体理论主要有：Reissner-Naghdi-Berry[1]理论、Donnell-Mushtari[2]理论、Love[3]理论、Flügg[4]理论、Goldenveizer-Novozhilov[5]理论、Sanders[6]理论及Kennard[7]壳体理论等。

尤其是1973年Leissa A E[8]针对大量圆柱薄壳研究做出了整理归纳，主要包括薄壳理论基本方程、薄壁圆柱壳体的特性等。

庞福振等[9]利用Reissner-Naghdi’s 线性薄壳理论推导出适用于一般边界条件下的圆柱壳求解模型，并通过与有限元仿真计算结果对比验证了该方法的正确性。

汪志强等[10]采用Flügge薄壳理论分析了正交各向异性圆柱壳的自由振动。

将自由振动问题转换为求解关于圆频率的6次方程，经过将求解过程参数化，得到了在特定范围下正交各向异性圆柱壳自由振动的解空间。

旋转机械常见振动故障及原因分析旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。

大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统，旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等，但诱发因素多样。

本文就旋转设备中，常见的振动故障原因进行分析，与大家共同分享。

一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。

轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如表1。

二、振动故障原因分析1、旋转失速旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。

当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。

这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。

实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度，失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。

旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，压比下降，流量及压力随时间波动。

在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。

强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象，即喘振。

此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，将会引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。

旋转失速故障的识别特征：1）振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；2）振动频率与工频之比为小于1X的常值；3）转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；4）排气压力有波动现象；5）流量指示有波动现象；6）机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；7）分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。

2、喘振旋转失速严重时可以导致喘振。

喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。

功能梯度材料圆柱壳屈曲问题的研究的开题报告一、研究背景在现代工业生产中，材料是不可缺少的基础建设，其复杂性和多样性使得人们对其研究的方向和方法不断进行探讨。

功能梯度材料（FGM）是一类在不同位置具有不同材料作用的新型复合材料，其材料内部呈现渐变、复合、连续的过程，是材料科学的重要研究领域。

在工程应用中，功能梯度材料可以被用来减少结构的重量、提高结构的刚度、抗裂和抗疲劳等。

圆柱壳作为一种重要的结构形态，广泛应用于航天、机械、建筑和民用工程等领域，因此对其屈曲性能的研究具有重要意义。

研究功能梯度材料圆柱壳的屈曲问题，可以深入了解功能梯度材料与壳的屈曲性能之间的联系，从而可以更好的了解壳的力学性质，为圆柱壳的优化设计提供一定的理论指导。

二、研究目的本研究旨在探索功能梯度材料圆柱壳的屈曲问题，重点考虑不同材料渐变的影响，针对不同的材料参数，分析其对圆柱壳的屈曲性能的影响，并探讨其相关机理和理论。

三、研究方法本研究中将采用数学方法和计算机模拟相结合的研究方式，主要内容包括以下几个方面：1. 基于理论力学和材料科学的知识，建立功能梯度材料圆柱壳的力学模型和数学模型，推导其屈曲方程。

2. 设计相关实验或数值模拟程序，进行屈曲问题的模拟分析，在不同渐变分布下对圆柱壳的力学性能进行分析。

3. 对模拟结果进行数据处理和分析，通过统计分析等方法，深入挖掘不同渐变分布对圆柱壳力学性能的影响（例如材料参数、壳的几何形状等）。

4. 通过对比实验结果和计算结果，验证模拟结果的有效性，并进一步优化模型和理论分析。

四、研究意义本研究的实现，可以深入了解功能梯度材料与壳的屈曲性能之间的联系和影响，为优化设计功能梯度材料圆柱壳提供理论支持。

对于优化功能梯度材料的设计和制造工艺，实现高性能材料的生产和应用具有重要的学术和应用价值。

基于辛方法的功能梯度圆柱壳振动特性分析
肖笛;王忠民
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2019(0)3
【摘要】基于辛方法分析了功能梯度圆柱壳的自由振动特性。

从薄壳理论和功能
梯度材料特性出发,得到了功能梯度圆柱壳自由振动时的拉格朗日密度函数。

引入
对偶变量,经哈密顿正则变换,导出了功能梯度圆柱壳自由振动的哈密顿正则方程,将问题转化为求解哈密顿矩阵的辛本征值问题,得到了两端固支和两端简支两种边界
条件下功能梯度圆柱壳的量纲为一的固有频率。

数值结果表明:简支和固支两种边
界条件下功能梯度圆柱壳的量纲为一的固有频率随体积分数、厚径比、环向波数的变化规律基本相同,但在数值上略有差别;量纲为一的固有频率随环向波数的增大呈
现先减小后增大的现象,随厚径比的增大而增大,随材料体积分数的增大而逐渐减小。

【总页数】8页(P704-710)
【作者】肖笛;王忠民
【作者单位】西安理工大学土木建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB34
【相关文献】
1.基于改进傅里叶级数方法的旋转功能梯度圆柱壳振动特性分析
2.弹性边界条件下的功能梯度圆柱壳振动特性研究
3.基于波动法的静水压力下功能梯度圆柱壳振动
特性研究4.基于Flügge理论的功能梯度圆柱壳自由振动响应均匀化转换计算方法5.弹性边界约束旋转功能梯度圆柱壳结构自由振动行波特性分析
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