旋转叶片的模态及响应分析

论文摘要

柔性旋转叶片广泛应用于航空、航海、船舶及动力机械等工程领域,本文主要研究汽轮机叶片的振动问题。叶片是汽轮机的关键零件之一,据统计,在汽轮机的所有故障中,动叶片的损坏占总故障的30%～40%,叶片能否安全工作直接关系到整机的正常工作。目前,有关旋转叶片动力学问题的研究还不完善。本文主要研究了带有预扭角变截面旋转叶片系统的振动问题,应用有限元法建立了旋转叶片系统的动力学方程,在推导动力学方程时考虑了叶片截面的预扭角及截面积的变化,同时考虑了旋转柔性叶片剪切变形能及离心力势能,并考虑了刚体运动对弹性体运动的影响。建立的旋转叶片系统的动力学方程是时变的非线性的耦合振动微分方程,文中采用New-Mark逐步积分法对方程进行了数值仿真,并用Matlab程序对仿真数据进行了可视化处理,分析了叶片预扭角及旋转速度对叶片端部位移响应的影响,并分析了叶片横截面参数和转速对固有频率的影响文中的理论推导及分析结果对于工程实际中具有预扭角变截面的旋转叶片振动问题的研究具有一定的理论意义及工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题的国内外发展、研究状况
• 1.3 论文主要工作内容
• 第2章 旋转叶片系统的动力学方程
• 2.1 分析原理与问题的特点
• 2.2 坐标系的选取
• 2.3 旋转叶片系统的运动学分析
• 2.3.1 旋转叶片系统的动能
• 2.3.2 旋转叶片系统的势能
• 2.3.3 旋转叶片系统的离散
• 2.3.4 旋转叶片单元动力学方程
• 2.3.5 旋转叶片系统动力学方程
• 2.4 本章小结
• 第3章 旋转叶片系统动力学方程求解
• 3.1 微分方程的纽马克逐步积分法
• 3.2 旋转叶片系统的边界条件
• 3.3 旋转叶片系统的特征值问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋转叶片系统的数值仿真计算与分析
• 4.1 引言
• 4.2 旋转叶片系统的位移响应数值仿真
• 4.2.1 旋转叶片系统结构数据
• 4.2.2 角速度变化系统位移响应数值仿真
• 4.2.3 预扭角变化系统位移响应数值仿真
• 4.3 旋转叶片系统特征值计算
• 4.3.1 基于MATLAB程序旋转叶片系统特征值计算
• 4.3.2 旋转叶片系统不同参数时特征值计算
• 4.3.3 基于ANSYS程序旋转叶片系统振动模态分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢