叶轮机械含裂纹叶片转子系统的非线性动力学研究

论文摘要

风机转子系统是风机核心部件,它担负着把电能转化为机械能的重要任务。转子在工作过程中,应力状况较复杂,且在实际工作中转轮的工作环境恶劣,这些稳定和非稳定因素会造成风流激振力及变化的离心力,使其叶片产生振动,长时间的机组振动引起机器结构的疲劳破坏,并由此引起的动应力往往成为叶片产生裂纹的一个最重要原因。本文研究工作中,考虑叶片根部(叶片与轴的焊接处)出现裂纹,并由此而引起叶片和转轴的非常规振动及其它非正常现象,展开研究工作。建立了一般情况下具有粘弹性支承弹性盘轴转子系统的非线性动力控制方程,并分析了其稳定性。对含裂纹叶片转子建立了线弹簧模型,导出了含裂纹叶片的局部柔度系数。用有限元软件,分析转子轴承在裂纹叶片非平衡力作用下的前后位移及等效应力分布、大小,并给出了相应的关系曲线图。通过对叶片裂纹进行应力分布及轴向位移计算,分析叶片应力—时间函数曲线,得出应力集中加快裂纹扩展结论。同时,分析了导致出现裂纹和叶片断裂的多种因素,并提出了避免类似现象发生的若干建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 转子动力学研究的内容及方法
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 盘轴转子系统非线性动力学基础理论
• 2.1 转子非线性动力系统的一般描述
• 2.2 非线性油膜力模型及挤压油膜阻尼器
• 2.3 挤压油膜阻尼器的雷诺方程
• 2.4 油膜力在静坐标系中的表叙
• 2.5 稳态短轴承油膜力计算
• 第三章 盘轴转子系统非线性动力学稳定性分析
• 3.1 动力学稳定性理论及判据
• 3.1.1 Lyapunov 运动稳定性
• 3.1.2 稳定性判据
• 3.2 非线性动力系统稳定性的一般准则
• 3.3 短轴承支承时盘轴转子系统的非线性动力稳定性
• 3.3.1 边界条件及控制方程
• 3.3.2 振型函数
• 3.3.3 过程分析及最后结果
• 第四章 含裂纹叶片盘轴转子系统的动力学分析
• 4.1 含裂纹叶片转轴的振动基频理论分析
• 4.2 含裂纹叶片转轴的非线性动力稳定性分析
• 4.3 含裂纹叶片转轴有限元分析
• 4.3.1 转轴的有限元建模及网格划分
• 4.3.2 转轴有限元实体载荷的施加原理
• 4.3.3 转轴有限元实体加载过程及计算结果
• 4.4 含裂纹叶片盘轴转子系统的有限元分析
• 4.4.1 盘轴转子系统的有限元建模
• 4.4.2 实体加载对比计算分析
• 第五章 基于非线性叶片裂纹的有限元分析
• 5.1 叶片裂纹出现的一般原因
• 5.2 裂纹叶片非线性动力响应方程及位移计算
• 5.3 叶片裂纹的有限元分析
• 5.3.1 裂纹叶片的有限元运动方程
• 5.3.2 叶片有限元建模
• 5.3.3 叶片网格划分
• 5.3.4 叶片不同载荷下的应力分析
• 5.3.5 叶片裂纹的预防措施
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的项目与发表的学术论文
• 致谢