新書推薦：
《
乾隆的百宝箱：清宫宝藏与京城时尚
》
售價：HK$
135.7
《
第二琵琶协奏曲
》
售價：HK$
56.4
《
工程机械手册——农林牧渔机械
》
售價：HK$
457.7
《
夜幕之下（5、6套装）
》
售價：HK$
126.5
《
国际艺术品市场A-Z：风俗、习惯和惯例的基本指南
》
售價：HK$
78.2
《
忧伤的群岛：查戈斯人的流散与抗争
》
售價：HK$
90.9
《
现代自建小别墅VR效果图 实用的自建小别墅指南 帮你解决设计难题
》
售價：HK$
156.4
《
语义学（下卷）（语言学及应用语言学名著译丛）
》
售價：HK$
156.4
|
| 編輯推薦： |
|
《旋转机械典型结构动力学相似理论与方法》对板壳振动理论、模型试验方法、转子动力学等方面的研究具有重要的参考价值。《旋转机械典型结构动力学相似理论与方法》专供从事模型试验设计方面，特别是动力学模型试验研究的科技人员阅读，也可以为从事板壳振动、转子动力学等领域的科技人员提供参考。同时，从事板壳力学，转子动力学，模型试验方法学等相关学科学习和科研工作的教师和研究生也可参考《旋转机械典型结构动力学相似理论与方法》。
|
| 內容簡介： |
|
《旋转机械典型结构动力学相似理论与方法》以航空发动机典型结构的动力学相似试验模型为典型研究对象，介绍了旋转机械的板壳结构及转子-支承系统动力学理论、相似试验模型设计与修正，以及模型结构简化方法等方面的系列化**理论研究成果。 主要内容包括：薄壁板壳结构及复杂板壳结构的基本理论介绍，包含不同边界条件下板壳固有频率、振型及响应的通用解法；薄壁结构件的完全几何动力学相似模型设计方法；薄壁板壳、复合材料板壳及涂层板壳结构的畸变动力学相似关系及几何适用区间的建立方法；带篦齿圆柱壳及旋转圆柱壳结构的简化模型设计方法；薄壁结构件动力学相似设计的一般方法；转子系统的轴盘结构、轴承及转子-支承系统的动力学相似试验模型设计方法及典型故障再现方法。《旋转机械典型结构动力学相似理论与方法》还附有必要的数值仿真流程和程序。
|
| 目錄：
|
前言
第1章 绪论
1.1 目的与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 旋转机械典型构件的动力学分析
1.2.2 动力学相似理论在大型结构试验模型中的应用
1.2.3 动力学畸变相似试验模型的设计
1.2.4 动力学畸变相似关系的修正方法
1.3 本书主要内容
参考文献
第2章 薄壁构件动力学基本理论
2.1 引言
2.2 弹性薄板振动基本理论
2.2.1 薄板基本假设及本构方程
2.2.2 薄板固有频率与振型
2.2.3 薄板的动力响应分析
2.3 薄壁圆柱壳动力学基本理论
2.3.1 薄壁圆柱壳假设发动力平衡方程
2.3.2 薄壁圆柱壳固有频率与振型
2.3.3 薄壁圆柱壳动力响应分析
2.4 薄壁构件固有特性的传递矩阵分析方法
2.4.1 圆柱壳传递矩阵形式
2.4.2 圆柱壳传递矩阵的求解
2.5 本章小结
参考文献
第3章 层合薄壁结构件动力学特性及敏感性分析
3.1 引言
3.2 层合板壳结构振动特性分析
3.2.1 层合板壳结构本构方程
3.2.2 层合板壳动力平衡方程
3.2.3 层合板壳固有特性分析
3.3 夹层板壳结构振动特性分析
3.4 板壳结构敏感性分析方法
3.4.1 有限元方法
3.4.2 数值拟合方法
3.5 本章小结
参考文献
第4章 薄壁构件完全几何相似设计方法
4.1 引言
4.2 相似模型设计方法
4.2.1 基本理论及概念
4.2.2 量纲分析法
4.2.3 方程分析法
4.3 完全几何相似模型的设计方法
4.3.1 动力学完全相似模型
4.3.2 完全几何相似模型
4.4 本章小结
参考文献
第5章 薄板的几何畸变动力学相似模型
5.1 引言
5.2 弹性薄板几何畸变相似模型的设计
5.2.1 弹性薄板待定相似关系推导
5.2.2 弹性薄板近似相似关系建立方法
5.2.3 弹性薄板精确相似关系建立方法
5.2.4 弹性薄板几何适用区间的确定
5.3 层合薄板畸变相似模型的设计
5.3.1 复合材料层合板动力学相似模型设计
5.3.2 涂层板的动力学相似模型设计
5.3.3 夹层板的动力学相似模型设计
5.4 薄板结构振动强度相似关系
5.4.1 完全相似与完全几何相似关系
5.4.2 几何畸变相似关系
5.5 扭叶片自相似性及修正方法
5.5.1 基本理论
5.5.2 完全相似关系
5.5.3 不完全相似关系
5.5.4 实验验证
5.6 本章小结
参考文献
第6章 薄壁圆柱壳的几何畸变动力学相似模型
6.1 引言
6.2 静止态薄壁圆柱壳畸变相似模型设计
6.2.1 薄壁圆柱壳特定相似关系推导
6.2.2 薄壁圆柱壳近似相似关系建立方法
6.2.3 薄壁圆柱壳精确相似关系建立方法
6.2.4 薄壁圆柱壳几何适用区间的确定
6.3 层合薄壁圆柱壳畸变相似模型设计
6.3.1 复合材料层合圆柱壳
6.3.2 涂层圆柱壳
6.4 薄壁圆柱壳的强度相似关系
6.5 本章小结
参考文献
第7章 薄壁圆柱壳动力学简化及相似设计
7.1 引言
7.2 旋转态薄壁圆柱壳振动分析
7.2.1 旋转态圆柱壳平衡方程
7.2.2 旋转态圆柱壳振动响应分析
7.3 旋转态薄壁圆柱壳畸变相似模型设计
7.3.1 旋转态圆柱壳几何畸变模型相似关系
7.3.2 旋转态圆柱壳几何适用区间
7.4 带篦齿圆柱壳的简化模型设计方法
7.4.1 圆柱壳篦齿结构的T形齿简化方法
7.4.2 圆柱壳篦齿结构的矩形齿简化方法
7.4.3 带篦齿圆柱壳与光滑圆柱壳的等效设计方法
7.5 薄壁圆柱壳非线性动力学相似设计方法
7.5.1 非线性动力学平衡方程
7.5.2 旋转圆柱壳非线性动力响应
7.5.3 旋转圆柱壳非线性动力学相似关系
7.6 本章小结
参考文献
第8章 薄壁构件的动力学相似设计原理
8.1 引言
8.2 薄壁构件动力学分析模型
8.3 薄壁结构件动力学相似模型设计方法
8.3.1 完全几何相似关系
8.3.2 待选相似关系
8.3.3 薄壁构件动力学相似关系准则
8.3.4 几何适用区间的确定
8.4 算例——薄盘结构的动力学几何畸变模型设计
8.4.1 薄壁转盘动力平衡方程
8.4.2 薄壁转盘完全几何相似关系建立
8.4.3 畸变相似关系推导
8.4.4 薄壁转盘几何适用区间的确定
8.5 本章小结
参考文献
第9章 转-支承系统动力学相似设计方法
9.1 引言
9.2 转-支承系统动力学分析
9.2.1 转-支承系统临界转速及振型计算
9.2.2 转-支承系统完全相似关系
9.3 转轴动力学相似设计
9.3.1 转轴完全相似关系
9.3.2 转轴敏感性分析
9.3.3 转-支承系统转轴相似模型设计方法
9.4 转盘动力学相似设计
9.5 轴承动力学相似设计
9.5.1 转-支承系统的支承相似关系
9.5.2 滚动轴承接触刚度的数值计算
9.5.3 滚动轴承动力学相似关系修正方法
9.6 转-支承系统动力学相似试验验证
9.6.1 静止态试验验证
9.6.2 旋转态试验验证
9.7 本章小结
参考文献
第10章 复杂转子系统模型设计与典型故障再现方法
10.1 引言
10.2 双转-支承系统动力学相似设计
10.2.1 复杂转子支承系统临界转速分析
10.2.2 双转-支承系统结构简化
10.2.3 双转-支承系统动力学相似设计
10.3 转-支承系统再现碰摩故障的模型设计
10.3.1 转子子支承系统碰摩方程建立
10.3.2 碰摩响应的求解
10.3.3 动力学相似关系推导
10.4 本章小结
参考文献
附录A 常用不同边界条件的梁函数系数
附录B 简支薄壁板壳模态分析ANSYS程序
附录C 薄壁圆柱壳的传递矩阵MATLAB程序
附录D 薄板结构敏感性分析MATLAB程序
附录E 转子系统典型部件传递矩阵
|
| 內容試閱：
|
第1章绪论
本章对试验模型动力学相似设计问题的基本概念和内涵，研究目标与研究现状进行评述，并简要介绍本书的主要内容。
1.1目的与意义
叶片、鼓筒、转盘及转子-轴承系统是航空发动机、压缩机、鼓风机、汽轮机、水泵和水轮机等大型旋转机械装备中关键基础单元构部件，常处于振动工作状态，因此，对其进行动力学特性分析和振动分析十分重要，对于这类基础单元构部件的分析方法主要有理论解析、数值模拟和试验验证[1-4]。在理论解析和数值模拟分析研究中，关于基础单元构件的研究比较成熟，经典的研究文献很多，如Simitses[5]和Khandan[6]等分别对复合材料圆柱壳和薄板进行了总结与综述，曹志远[7]详细分析了板壳振动的相关理论。尽管理论解析和数值模拟对实际的工程设计提供一定理论指导，但对实际结构进行试验分析仍十分必要，然而，在工程实际中，直接采用原型结构进行试验往往存在很大限制，如存在试验台动力和空间的限制、试验复杂度的限制以及试验成本高和试验周期长等众多问题，所以开展模型试验是常用的试验研究方法，但是，试验模型的动力学特性是否能正确反映原型的动力学特性是关键问题所在，采用动力学相似模型试验可以较好地解决这个问题，不仅可以合理调整结构、材料和工艺，降低试验成本，还可以人为控制主要影响因素，剔除次要影响因素，降低试验难度，缩短试验周期。因此，研究能通过相似模型试验来有效物理模拟动力学特性及响应过程、再现原型的典型故障特征、再由模型试验结果反推原型的动力学参数和特征等关键问题，不仅具有重要的理论研究价值，更具有重要的工程实际应用价值。
在研制大尺寸、高难度和高成本的复杂设备之前，或者是对大型复杂旋转设备进行排故时，如果能利用相似理论设计出试验模型，采用物理模拟的试验方法来预测原型结构的动力学特性或再现原型结构的故障特征，不但可以用*经济的成本和*短的周期来进行研究，还可以使本来无法做试验的研究对象成为可能。
相似模型的设计是以相似理论为基础，使试验模型与原型结构物理学相似，满足几何相似、运动相似和动力学相似，即几何尺寸相似、模型材料与原型材料的应力-应变关系相似、质量和重力相似以及初始条件和边界条件相似等。相似现象古已有之，人们观察到自然界的相似现象，并加以运用。1868年，法国科学家Bertrand[8]以力学方程分析为基础，首先确定了相似**定理，即“对于相似现象，其相似指标等于1，或其相似准则的数值相等”。1914年，美国的Buckingham[9]提出了相似第二定理即称定理[10]，分析了相似现象各物理参量的表达。1930年，苏联学者Kirpichev和Gukhman[11]提出了相似第三定理，又称相似逆定理，即“对于同一类物理现象，如果单值量相似，而且由单值量所组成的相似准则在数值上相等，则现象相似”。相似三定理也成为相似模型设计的*基本理论，其中，以定理的应用*为广泛。在国内，周美立[12]较早地将相似设计理论及方法发展为一门学科，并介绍其在工程领域中的应用。
事实上，对于旋转机械典型基础单元构件的动力学相似设计研究尚且不多，现有研究大多集中于气动流体动力学方面的问题，如邹滋祥[13]利用相似原理分析了叶轮机械考虑气动力学的模型设计问题。郑哲敏等[14]在《相似理论与模化》一书中，详细阐述了考虑流体动力学的相似试验模型设计问题。对于考虑结构动力学的相似模型设计问题，总体上讲，主要研究内容包括：①完全相似模型的设计，即相似模型与原型的几何尺寸完全成比例，且材料相同。②完全几何相似模型的设计，即只保证相似模型与原型几何尺寸完全成比例，而模型材料与原型不相同。③几何畸变相似模型的设计，即相似模型与原型的几何尺寸不完全成比例。
由于几何畸变相似模型与原型的映射关系即相似关系很难通过结构件的运动方程直接得到，因此要尽可能地保证试验模型满足完全几何相似关系。然而，在实际工程中，这一要求往往很难达到。例如：航空发动机叶片具有扭型、凸肩等不规则结构，转鼓带有封严篦齿等，在进行试验模型设计时，对其直接进行完全相似设计成本高且试验周期大大延长。再如，薄壁构件的厚度很薄，在进行试验模型设计时，若对其进行完全相似设计，其模型厚度过薄而导致无法加工等。所以考虑动力学特性的典型结构件几何畸变模型设计包含着许多方面的理论与技术价值，具有独特性，通过几何畸变模型的设计，合理调整结构、材料和工艺，将大大降低试验成本，还可以人为控制主要影响因素，剔除次要影响因素，降低试验难度，缩短试验周期。
目前，动力学相似模型试验方面重点关注的理论与技术问题集中于：基于敏感性分析，简化模型结构的同时使模型试验结果对原型特性的预测尽可能精确；如何通过模型动力学设计再现原型结构的故障特征，进而对原型结构的结构动力修改提供依据；如何进行系统级的相似模型设计，如组合结构、转子-支承系统甚至包括复杂轴系等，其中涉及连接、耦合、能量传递等多方面的问题。另外，工程中的旋转机械构件变得越来越复杂，转速越来越高，越来越多地采用轻质复合材料，一方面，复合材料的大量应用使得试验模型难以达到与原型完全相似，各种涂层减振、表面强化等技术的应用使得典型构件的动力学特性更加复杂，甚至会产生尺寸效应[15，16]；另一方面，人们对构件的性能要求越来越高，对试验预测结果的精度要求十分严格，由此对其运行过程中所呈现的动力学特性的研究与预测显得尤为重要，传统的相似分析方法已经无法满足预测精度的需求，必须采用新的建模方法和分析方法才能解决此类问题。
1.2国内外研究现状
目前，国内外对于板壳结构动力学相似设计理论和方法的研究已经相对成熟，但其他典型旋转结构件的动力学相似设计理论与方法研究不多，尤其是畸变模型动力学相似设计的研究。模型畸变主要包括材料畸变完全几何相似和几何畸变不完全几何相似，几何模型畸变设计又可细分为模型畸变和模型简化。对于几何模型畸变和模型简化的设计问题，目前还没有人加以系统的研究。以下分别加以介绍和评述。
1.2.1旋转机械典型构件的动力学分析
旋转机械典型构件主要包括板壳构件如叶片、转鼓等和转子系统构件如叶盘、轴、轴承等。对于板壳构件，其理论分析隶属于板壳理论的研究范畴，国内外已有许多学术专著对其进行介绍与探究。如何福保[17]、刘鸿文[18]等编著的《板壳理论》详细地分析了薄板和薄壁圆柱壳的本构方程，运动方程及其不同边界条件下的求解方法。Leissa[19]对壳体的振动问题进行了详细的分析阐述。以美国学者Soldatos等为首的研究队伍，针对复合材料层合板壳的理论分析做了大量的研究工作，并取得了一系列重要的成果[20，21]。
在板壳结构的动力学分析中，常用的方法有解析法、有限元法、传递矩阵法等。其中，解析法对于复杂边界条件问题并不适用，对于非四边简支边界条件的弹性薄板，很难直接求得其固有频率的精确解[22]。为此，研究者们发展了有限样条法、梁函数法等一系列方法解决这一问题[23，24]。另一方面，有限元方法的出现及有限元软件的发展大大简化了板壳振动分析工作，对于一些复杂结构板壳的分析，如加筋板、变厚度板、加筋壳等，也提供了重要的解决方案[25]。传递矩阵法*早由Tottenham[26]应用于板壳理论的分析中，其作为一种半解析方法，兼具了解析法与有限元法的优点，不仅大大缩短了计算时间，也使得其表达式更具有物理意义。
对于转子系统的动力学分析，以Rao[27]、闻邦椿[28]等为代表的科学家，对转子动力学的相关问题进行了深入的研究，并取得了一系列研究成果。这里仅列出国内外部分转子动力学的主要专著，以供读者参考，如文献[29～34]。
1.2.2动力学相似理论在大型结构试验模型中的应用
动力学相似理论在大型结构的动力试验模型设计中已有广泛应用，如海洋结构、土建结构及动力装备结构等。已有文献表明，动力学相似理论*早应用于海洋结构的模型试验设计中，如以Kure[35]为代表对海洋平台的相似模型试验方法进行了阐释。Adrezin等[36]也针对海洋平台结构的不同模型设计方法进行了综述。此后，文献[37]详细介绍了海洋平台的动力学相似模型设计方法，利用量纲分析法分析了垂荡幅值的相似关系和波幅与波频的相似常数，分别讨论了忽略和计及液体黏度影响条件下的波浪力相似关系。国内以马汝建为首的研究团队对于海洋平台动力学相似模型设计有较深入的研究。文献[38]对海洋平台的相似模型设计进行了综述。此外，俞孟萨等[39]以弹性矩形板为例，分析它在已知外力激励下，振动、耦合振动和声辐射的相似性，从而给出弹性结构振动和声辐射的相似条件和相似关系。
在建筑、桥梁等领域，动力学相似理论的应用相对成熟。其主要分析内容集中在钢筋混凝土试件的相似模型设计方法上，重点研究了结构动力模型试验与动力模型破坏试验中保持模型与原型相似的基本要求与处理技巧[40，41]。在StructuralModelingandExperimentalTechnioues一书中，Harris等[42]详细介绍了相似原理和相似试验模型在桥梁、建筑结构上的应用。
在航空航天动力装备试验模型设计研究中，相似理论的应用*早应用于风洞试验中。2002年，Pototzky[43]介绍了一种根据全尺寸飞行器的气动弹性运动方程，获得风洞试验模型气动弹性运动方程的缩比方法。Jordan[44]等介绍了兰利研究中心LaRC对风洞测试模型设计和开发的标准和过程。此外，学者们还将动力学相似设计方法应用在直升机模型设计上，利用试验模型分析直升机旋翼的气动特性[45，46]。除此之外，在核工程装备、航空发动机及水下动力装备结构的研究上，动力学相似理论也有相关研究，文献[47～49]分别阐述了动力学相似设计在这三个领域中的相关研究。
1.2.3动力学畸变相似试验模型的设计
在设计相似试验模型时，由于原型结构本身的复杂性以及尺寸参数的限制等，很少采用完全几何相似的模型，如较薄的原型层合板结构。如果厚度的缩尺比例同长度和宽度的一样，则模型的厚度将变得很小而无法加工，所以不完全几何相似模型，即畸变模型的应用更为广泛[50，51]。在相似第二定理的描述中，当相似模型和原型的所有项中有一个或几个起支配作用的模型设计条件不能被满足时，所得到的相似模型称为畸变模型[52]。Jha等[53]以悬臂梁模型为例讨论了完全相似模型与几何畸变模型问题，提出“虚拟质量”的方法来满足模型的重力相似关系以修正畸变。Wu等[54]和Morton[55]分别探讨了薄板畸变相似模型的设计方法。Simitses等[56]分析了四边简支薄板在线性载荷条件下的相似关系，尝试利用方程分析法研究几何尺寸畸变时薄板的不完全相似关系及其适用范围。
值得一提的是，Simitses和Rezaeepazhand在复合材料板壳的完全几何相似模型设计上做了大量研究工作，在利用相似模型对层合板振动响应进行预测的研究中，分别研究了完全相似和包括材料、层数及铺层角度不同时层合板畸变模型的动力学相似关系[57]。与此同时，Simitses等[58]还研究了临界载荷下层合板屈曲的相似问题，分析了复合材料层合板屈曲时横向载荷和切向载荷作用的相似关系。随后，Ungbhakorn等[59]指出Simitses等的不完全相似关系是基于解析解推导得到的，很难应用于其他边界条件的板类结构相似性分析问题中，进而发展了基于平衡方程分析法的不完全相似关系推导方法。同时，在畸变相似模型的处理上，Ungbhakorn等采用等效刚度的方法，简化了Simitses等的分析过程，并以复合材料层合板为例，给出了动力学相似关系的选择方法。
在这些研究中，板壳结构的相似关系推导步骤可概括为：①列出板壳结构的平衡方程。②令方程对应项的相似因子均相等。③由步骤②可得到完全相似关系，若分析材料畸变的完全几何相似模型，则令目标相似因子如固有频率与其余相似因子分别相等，得到待定相似关系。④通过数值仿真方法确定*终的畸变相
|
|
購物車/收銀台(
0
) | 在線留言板
| 付款方式
| 運費計算
| 聯絡我們
| 幫助中心 |
加入書簽
HOME
新書上架
