压气机叶片—轮盘—转轴系统耦合建模与动力学特性研究

发布时间：2020-12-14 15:07

　　叶片-轮盘-转轴系统是透平机械的基本结构,在工程实际中具有广泛的应用。此类结构在工作时高速旋转,承受巨大的离心力和气动力,此外,结构还要承受高温、高压等恶劣环境,极易受到破坏。随着现代旋转机械设计理念的发展,人们在研究转子系统时,往往不再将叶片、轮盘和转轴分开考虑,而是建立能够体现三者之间耦合振动关系的动力学模型。轴承和机匣是旋转机械不可或缺的结构,它们为转子系统提供的支撑,也对转子的动力特性产生影响。实际状况下,叶片-轮盘-转轴系统往往存在失谐特征,此时振动的能量在转子各部分的分布不同,会有振动局部化等现象出现。本文研究了某型燃机低压压气机转子叶片-轮盘-转轴耦合系统的振动特性,研究了耦合系统在静止和旋转状态下的模态特点。通过建立考虑支撑结构和叶盘失谐特点的耦合系统动力学模型,研究了支撑刚度和失谐因素对系统的动力特性的影响。首先,对国内外针对透平机械动力学方面的研究成果进行了汇总。总结了压气机转子结构耦合建模和动力特性研究的常用方法,详细地介绍了与之相关的振动理论、有限元方法和转子动力学理论,推导了谐调和失谐系统的振动方程。之后,对叶片-轮盘-转轴系统进行了动力特性分析。建立了能够考... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 转子动力学研究现状
        1.2.2 叶片-轮盘-转轴系统耦合建模研究现状
        1.2.3 叶盘系统循环对称结构和失谐行为研究现状
    1.3 本文的研究内容
2 理论基础
    2.1 振动基本理论
        2.1.1 振动概述
        2.1.2 模态分析方法
        2.1.3 谐响应分析方法
    2.2 有限元方法
        2.2.1 有限元方法概述
        2.2.2 有限元法基本步骤
        2.2.3 空间20 节点等参单元
    2.3 循环对称及失谐理论
        2.3.1 循环对称结构振动方程
        2.3.2 失谐结构振动特性
    2.4 转子动力学基本理论
        2.4.1 临界转速
        2.4.2 Campbell图
3 叶片-轮盘-转轴耦合系统动力特性分析
    3.1 引言
    3.2 叶片的振动模态分析
        3.2.1 叶片有限元模型的建立
        3.2.2 叶片模型的模态特性
    3.3 耦合系统静态振动特性分析
        3.3.1 系统耦合建模
        3.3.2 耦合系统模态
        3.3.3 叶片的节径振动
        3.3.4 系统叶-盘-轴耦合振动
    3.4 耦合系统旋转态振动特性分析
        3.4.1 旋转态下系统离心力分析
        3.4.2 旋转态下系统动力特性分析
    3.5 本章小结
4 考虑支撑刚度的转子系统动力特性分析
    4.1 引言
    4.2 轴承支撑刚度分析
    4.3 机匣模型支撑刚度分析
        4.2.1 机匣模型的建立
        4.2.2 机匣模型静支撑刚度计算
        4.2.3 机匣模型动支撑刚度计算
    4.4 支撑刚度对转子动力特性的影响
        4.4.1 支撑刚度对转子固有频率的影响
        4.4.2 静支撑条件下转子临界转速计算
        4.4.3 动刚度条件下转子临界转速的计算
    4.5 本章小结
5 叶盘轴耦合系统失谐特性研究
    5.1 引言
    5.2 谐调系统振动特性
    5.3 叶片刚度随机失谐振动特性
        5.3.1 叶片刚度随机失谐模型构建
        5.3.2 刚度随机失谐系统振动特性
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]某级压气机叶盘系统失谐振动关键因素研究[J]. 李宏新,袁惠群,张连祥.  航空动力学报. 2017(05)
[2]含裂纹离心压缩机叶轮结构的振动局部化[J]. 王帅,訾艳阳,何正嘉.  振动与冲击. 2017(06)
[3]弹性叶片-轮盘-转轴系统的耦合振动特性[J]. 李朝峰,刘文,佘厚鑫,闻邦椿.  振动工程学报. 2016(05)
[4]船用燃气轮机盘—叶耦合系统固有振动特性研究[J]. 刘超,李范春,杜涛.  船舶力学. 2016(07)
[5]含裂纹叶片的轴流式压气机整体叶盘振动特性分析[J]. 陈香,朱靖,张亚.  航空动力学报. 2015(05)
[6]非线性油膜力作用下叶片-转子-轴承系统弯扭耦合振动特性研究[J]. 韩放,郭杏林,高海洋.  工程力学. 2013(04)
[7]舰用燃气轮机压气机转子动力特性研究[J]. 龚建政,姜荣俊,余又红,贺星.  燃气涡轮试验与研究. 2012(03)
[8]双转子航空发动机整机振动建模与分析[J]. 陈果.  振动工程学报. 2011(06)
[9]某型燃气轮机低压涡轮压气机转子动力学分析[J]. 关琦,金鹤,新力.  舰船科学技术. 2010(08)
[10]压气机转子和叶片整体模型建立与有限元分析计算[J]. 苑星会,李全通.  航空精密制造技术. 2009(02)

博士论文
[1]叶片—转子系统振动特性与参数辨识方法研究[D]. 韩放.大连理工大学 2013
[2]弱耦合星载天线结构动力学分析及振动控制研究[D]. 刘相秋.哈尔滨工业大学 2009
[3]叶片—转子—轴承耦合系统的非线性动力学特性研究[D]. 王立刚.哈尔滨工业大学 2009

硕士论文
[1]航空发动机压气机叶片的静力学及模态分析[D]. 曲文浩.东北大学 2012



本文编号：2916595