透平自带冠叶片冠间碰撞减振理论与实验研究

论文摘要

本文采用理论和和实验相结合的方法,研究透平自带冠叶片冠间碰撞减振的机理及影响减振效果的因素。理论研究方面,本文利用非线性阻尼模型,建立了碰撞阻尼叶片的三维实体单元的整体动力学方程;利用三维建模软件Solidworks建立了等截面直叶片的三维实体造型,并利用有限元软件ALGOR分析了单个自由叶片的动静力特性,并绘制了共振转速图;用仿真方法分析了自带冠三叶片组在不同叶冠间隙、不同激振力幅值和不同激振力频率条件下的振动特性,以及间隙结构的对称性对振动特性的影响。研究结果表明:碰撞结构是一种非常理想的减振结构,具有碰撞条件的叶片可以抑制外力做功;叶冠间隙越小,外力做功能力也越小,也就是说间隙越小,碰撞减振效果越好;叶片动应力对激振力不敏感,在间隙一定的情况下,应力峰值随激振力的大小变化改变不大。在总间隙相等的情况下,不对称间隙的减振效果要优于对称间隙。在实验研究方面,利用叶片动态特性实验台及其测试系统,对等截面带冠叶片的动态特性和碰撞减振机理进行了实验研究。实验结果显示:冠间间隙越小,碰撞减振效果越好;在间隙一定的情况下,应力峰值随激振力的大小变化改变不大,也就是说动应力对激振力不敏感;不对称结构的减振效果要优于对称结构。对比分析表明,实验研究结果和理论研究得到的结果一致。基于上述研究和其他研究者的一些研究成果,对自带冠叶片的碰撞减振的可靠性设计准则做了初探。本文研究成果为透平自带冠叶片的设计和安全可靠性分析提供了有效的方法,对自带围带叶片的研制和改型设计有着重要的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 带冠叶片的结构型式
• 1.2.2 叶片的模化
• 1.2.3 叶片动力学特性分析方法
• 1.3 本文的主要工作和安排
• 第2章 自带冠叶片振动特性计算分析模型与方法
• 2.1 引言
• 2.2 叶片阻尼的机理
• 2.2.1 材料阻尼
• 2.2.2 摩擦阻尼
• 2.2.3 气动阻尼
• 2.2.4 碰撞阻尼
• 2.3 碰撞阻尼计算模型
• 2.3.1 碰撞接触条件
• 2.3.2 非线性弹簧阻尼碰撞模型
• 2.4 自带冠叶片固有频率及动态响应计算
• 2.4.1 固有频率和振型计算
• 2.4.2 激振力分析
• 2.4.3 响应计算方法
• 2.4.4 数值法计算响应的算例
• 2.5 本章小结
• 第3章 自带冠叶片振动特性分析的有限元模型
• 3.1 引言
• 3.2 叶片碰撞运动有限元动力学方程的建立
• 3.2.1 有限元离散
• 3.2.2 坐标转换
• 3.2.3 旋转叶片综合运动方程的建立
• 3.3 叶片三维实体造型方法研究
• 3.4 自带冠叶片有限元模型
• 3.4.1 单个自由叶片的有限元模型
• 3.4.2 三叶片组有限元模型
• 3.4.3 环形叶栅有限元模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 自带冠叶片减振机理及碰撞减振仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 单叶片自由振动特性分析
• 4.3 三叶片组碰撞减振仿真研究
• 4.3.1 结构对称性对叶片振动特性影响分析
• 4.3.2 冠间间隙对叶片振动特性影响分析
• 4.3.3 激振力对叶片振动特性影响分析
• 4.4 环形叶栅的碰撞振动特性
• 4.5 本章小结
• 第5章 自带冠叶片碰撞减振实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方案设计
• 5.2.1 实验装置的组成
• 5.2.2 测试分析系统的构成
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 冠间间隙改变对叶片组振动特性的影响
• 5.3.2 激振力大小改变对叶片组振动特性的影响
• 5.3.3 转速改变对叶片组振动特性的影响
• 5.3.4 冠间间隙不对称性对碰撞振动特性的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 自带冠叶片碰撞减振可靠性设计准则初探
• 6.1 引言
• 6.2 自带冠叶片碰撞减振的理论模型
• 6.3 初始间隙δ的确定
• 6.4 可靠性设计方法的算例
• 6.4.1 安全设计程序
• 6.4.2 算例
• 6.4.3 叶冠形状的选用原则
• 6.5 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研情况