文档介绍：密级:——编号:——分类号:——骸!汽轮机旋转叶片刚柔耦合系统的动力学问题研究工学硕士学位论文学科、专业:一般力学与力学基础硕士研究生:崔荫指导教师:韩广才副教授学位级别:工学硕士所在单位:建筑工程学院论文提交日期:年论文答辩日期:年学位授予单位:哈尔滨工程大学
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圃结在刚性圆盘上,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。并运用有限元软件缘冉孛嬉镀氡浣孛嬉镀腥堤褰#哉褰心L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~定的理论意义及工程应用价值。关键词:刚柔耦合;等截面与变截面;固有频率与模态;数值仿真哈尔滨工程大学硕士学僚论文
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作者┳:位拣⑼哈尔滨工程大学学位论文原创性声明’本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。日期:
第滦髀概述以叶片一叶轮整体系统发生的,叶片、叶轮事故多数是由于系统耦合振动引起的。通常将叶轮视为中心刚体,将叶片视为柔性体,因此对汽轮机刚一柔长期以来,汽轮机的振动问题一直影响着汽轮机的安全可靠运行,而叶片、叶轮作为汽轮机的主要部件能否安全可靠地运行对整个机组来讲是非常重要的。多年来的汽轮机运行实践表明,叶片、叶轮的振动在许多情况下是系统耦合振动特性的研究非常重要。目前,汽轮机被应用于航空、舰船、电力、能源等领域。主要包括地面燃气轮机、航空燃气轮机、鼓风机等。随着汽轮机的性能不断提高,结构日益向高转速、高效率、高精度、高可靠性趋势发展。汽轮机通常都具有高速定轴旋转的转子、静子与机匣和轴承组成汽轮机转子只W又饕S梢片、轮盘和轴三部分组成院芨叩淖K俟ぷ鳎肟掌骰蛉计飨嗷プ饔茫在涡轮甚至在压气机的高压级处温度均比较高。气流分布不均匀、不稳定及转子不平衡的离心力等会使转子振动,导致转子中一些组件在工作中不可靠,出现疲劳断裂等。而且汽轮机的叶片在工作状态下是受到多种载荷的作用,除了叶片自身由于高速旋转造成的离心力的作用外,同时还会受到周期性激振力的作用,甚至受到周围介质对其的作用力,从而产生振动,当叶片的白振频率等于脉冲激振力频率或为其整数倍时,叶片就会发生共振,从而使振幅增大,产生很大的交变动应力,损坏叶片结构,导致安全生产事故。叶片是汽轮机中完成功能转换的重要零件,工作中叶片容易发生振动。统计说明,叶片的损坏事故盐啤⒄鄱系,绝大部分是由于振动引起的。以汽轮机为例,据统计振动故障率占发动机中总故障率的%以上,而叶片振动故障率又占振动故障率的%以上,可见叶片振动疲劳损伤故障是发动机中较为严重的问题【。叶片事故不但降低了汽轮机的可用率,还造成了巨大的直接和间接哈尔滨下程大学硕士学位论文
工程背景及意义经济损失。到目前为止,对于叶片的动力响应还不能进行非常精确的理论计算,因此,叶片振动的分析迄今为止仍是一个重要的课题。对于汽轮机叶片的振动分析的研究在世界范围内仍然是一个重要的课题。在以往的分析中,工程人员广泛的采用了盘一叶这种力学模型,但这些分析多是基于梁的理论,模型过于粗糙。近几年,人们开始注意了刚体与弹性体的耦合问题,同时,柔性多体动力学的发展为盘一叶结构力学模型的深入研究提供了新的方法。本文正是基于刚一柔耦合体统的思想,对汽轮机盘一叶结构的振动问题进行了更深入的研究。柔性多体系统是指由多个刚体或柔性体通过一定方式相互连接构成的复杂系统,柔性多体系统动力学是研究这种复杂系统在经历大范围刚体运动与柔性体变形运动之间相互耦合时