汽轮机旋转叶片刚柔耦合系统的动力学问题研究

论文摘要

本文研究了旋转叶片刚柔耦合系统的动力学问题,系统的动力学模型为弹性体叶片固结在刚性圆盘上,并在水平面内作大范围运动。汽轮机旋转叶片的刚柔耦合问题,表现在中心刚体大范围运动和叶片小变形之间的强烈耦合,本文在对其分析过程中,以拉格朗日方程为主线,考虑了在结构动力学中,对无大范围运动弹性体的动力学性质影响较小而被忽略的耦合变形量,而这些项在系统动力学方程中将与中心刚体运动相耦合,会对系统的动力学特性产生巨大影响,如果忽略往往会导致一些错误的结论。在本文中,合理描述了旋转叶片系统的变形运动,同时考虑叶片形状对其变形运动的影响,结合哈密顿原理,分别推导等截面叶片和变截面叶片系统的动力学方程,采用有限元法对无限维连续系统的运动偏微分方程进行离散化,得到适合计算机编程实现的有限维动力学方程,运用纽马克积分法对方程进行求解。并通过MATLAB语言对旋转叶片端部位移响应进行数值仿真,模拟不同工况下等截面叶片和变截面叶片系统的变形运动。并运用有限元软件ANSYS,对等截面叶片与变截面叶片进行三维实体建模,对整体进行模态分析,仿真计算出固有频率和振型。本文所得到等截面叶片与变截面叶片系统的动力学方程,以及采用的分析方法和结论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 工程背景及意义
• 1.3 旋转叶片刚柔耦合动力学研究的历史及现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 旋转等截面叶片系统动力学方程
• 2.1 概述
• 2.2 旋转等截面叶片连续系统动力学方程建立
• 2.3 旋转等截面叶片离散系统动力学方程建立
• 2.4 本章小结
• 第3章 旋转变截面叶片系统动力学方程
• 3.1 概述
• 3.2 旋转变截面叶片连续系统动力学方程建立
• 3.3 旋转变截面叶片离散系统动力学方程建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 旋转叶片系统动力学方程求解
• 4.1 概述
• 4.2 动力学方程的数值积分法
• 4.2.1 Newmark逐步积分法
• 4.2.2 Wilsonθ法
• 4.3 整体刚度矩阵的形成
• 4.4 本征值问题
• 4.4.1 旋转叶片系统特征值
• 4.4.2 旋转叶片系统振动模态
• 4.5 本章小结
• 第5章 旋转叶片系统动力学响应数值仿真
• 5.1 概述
• 5.2 不同转速旋转叶片端部位移响应数值仿真
• 5.3 不同长度旋转叶片端部位移响应数值仿真
• 5.4 启动阶段旋转叶片端部位移响应数值仿真
• 5.5 停车阶段旋转叶片端部位移响应数值仿真
• 5.6 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