转动悬臂预扭壳动力学特性研究
发布时间：2020-10-15 09:42
发动机叶片的作业环境复杂多变,作业条件十分苛刻,承受较高的工作负载。且叶片是发动机暴露在外的一部分,易受到外力冲击,如突加载荷、不稳定气流等,由冲击载荷引起的动态响应可能会导致叶片形变、裂纹等损坏,这可能使发动机丧失全部或部分推力。保障叶片的正常作业对发动机乃至整机都是极其重要的。因此,有必要对叶片的固有振动特性及瞬态响应进行研究。对于叶片的动力学特性研究,常常是根据不同的形状特征将其简化为梁、板或壳结构。本文将叶片假设为悬臂预扭扁壳结构,并假设其具有指数型初始几何缺陷,同时还假设该悬臂预扭扁壳为均质材料,具有各向同性的材料特性。运用了经典板壳变形理论和von-Karman型应变位移关系,通过满足边界条件的指数型代数多项式函数和Rayleigh-Ritz法,利用数值计算获得悬臂预扭扁壳的固有频率和振型,并与ANSYS所得结果进行对比,验证了本文所用方法与结果的准确性与可靠性。在此基础上,进一步得到系统的前四阶振动模态,并由能量原理获得系统的非线性常微分方程方程,基于该方程进一步研究其瞬态响应。本文主要研究悬臂预扭扁壳的固有振动特型及非线性瞬态响应特性,并在最后一部分扩展内容中分析了其他三种扁壳在多边界条件下的固有振动。具体研究内容如下:(1)通过对比验证及数值分析,研究了不同预扭角、长宽比、旋转速度、安装角对于悬臂预扭壳的固有频率及频率转移、振型变换的影响。(2)通过数值分析,研究了缺陷尺寸,缺陷集中程度,缺陷位置对于悬臂预扭壳固有频率及频率转移、振型变换的影响。(3)通过对比验证及数值分析,研究了控制载荷参数、长宽比、厚度、安装角、预扭角、旋转速度对非线性瞬态响应的影响。(4)求解了悬臂边界、对边固支对边自由边界、四边固支边界下圆柱壳、球壳及双曲抛物壳的固有频率,并研究了几何参数及初始几何缺陷参数对频率转向、振型变换的影响。
【学位单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK403
【部分图文】：
将叶片简化为固定在轮毂上的悬臂预扭扁壳模型，运用微分几何理型三个方向曲率，基于经典变形理论、von-Karman 型应变位移关ayleigh-Ritz 法，考虑安装角、预扭角、科氏力、离心力的等因素的速旋转预扭壳的动能，离心势能、变形势能及外力功方程。扭壳力学模型.1 缺陷模型示意图。采用四个坐标系来描述该模型，具体坐标系如坐标系111OX YZ，这个坐标系固定在旋转中心处。坐标系 OXYZ1，这个坐标系是通过平移坐标系 得到的，坐预扭壳的中面上。坐标系1 0 0O xy z ，用该坐标系来描述安装角， i , j,k是该坐标系的单动态坐标系xyz，该坐标用来说明扭转过程，在 x 0处 y 轴与0y 轴垂直与 x 轴与 y 轴所构成的平面，预扭壳沿着 x 方向以扭率 q 连 qa， 为预扭角。
表 3.3 本文方法及 ANSYS 方法所得几何参数为 a=300mm, b=100mm, h=3mm模型的前五阶无量纲频率Table 3.3 Comparisons of the first five non-dimensional frequencies obtained from ANSYS and presentmethods with a =300mm, b=100mm, h=3mmPre-twistangleMethodMode No.1 2 3 4 50°Present 1.7216 7.4060 10.7259 24.1043 30.1026ANSYS 1.7291 7.3844 10.7721 24.0393 30.2058Error(%) -0.4356 0.2917 -0.4307 0.2697 -0.342815°Present 1.7048 10.5079 11.4963 29.9208 32.4756ANSYS 1.7271 10.4510 11.4564 29.7764 32.1976Error(%) -1.3081 0.5415 0.3471 0.4826 0.856030°Present 1.6479 9.9236 18.7685 29.2529 47.7568ANSYS 1.7209 9.6311 18.6773 28.6558 47.0135Error(%) -4.4299 2.9475 0.4859 2.0412 1.5564
(c)图 3.2 表 3.4 预扭壳数据对应的坎贝尔图(a)预扭角 0°(b) 预扭角 15°(c) 预扭角 30°Fig 3.2 Campbell diagram of twisted shell corresponding to the data from Table 3.4(a)twisted angle 0°(b) twisted angle 15°(c) twisted angle 30°Mode 2 (1000 rpm) Mode 2 (6000 rpm) Mode 2(14000 rpm)
【参考文献】
本文编号：2842010
【学位单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK403
【部分图文】：
将叶片简化为固定在轮毂上的悬臂预扭扁壳模型，运用微分几何理型三个方向曲率，基于经典变形理论、von-Karman 型应变位移关ayleigh-Ritz 法，考虑安装角、预扭角、科氏力、离心力的等因素的速旋转预扭壳的动能，离心势能、变形势能及外力功方程。扭壳力学模型.1 缺陷模型示意图。采用四个坐标系来描述该模型，具体坐标系如坐标系111OX YZ，这个坐标系固定在旋转中心处。坐标系 OXYZ1，这个坐标系是通过平移坐标系 得到的，坐预扭壳的中面上。坐标系1 0 0O xy z ，用该坐标系来描述安装角， i , j,k是该坐标系的单动态坐标系xyz，该坐标用来说明扭转过程，在 x 0处 y 轴与0y 轴垂直与 x 轴与 y 轴所构成的平面，预扭壳沿着 x 方向以扭率 q 连 qa， 为预扭角。
表 3.3 本文方法及 ANSYS 方法所得几何参数为 a=300mm, b=100mm, h=3mm模型的前五阶无量纲频率Table 3.3 Comparisons of the first five non-dimensional frequencies obtained from ANSYS and presentmethods with a =300mm, b=100mm, h=3mmPre-twistangleMethodMode No.1 2 3 4 50°Present 1.7216 7.4060 10.7259 24.1043 30.1026ANSYS 1.7291 7.3844 10.7721 24.0393 30.2058Error(%) -0.4356 0.2917 -0.4307 0.2697 -0.342815°Present 1.7048 10.5079 11.4963 29.9208 32.4756ANSYS 1.7271 10.4510 11.4564 29.7764 32.1976Error(%) -1.3081 0.5415 0.3471 0.4826 0.856030°Present 1.6479 9.9236 18.7685 29.2529 47.7568ANSYS 1.7209 9.6311 18.6773 28.6558 47.0135Error(%) -4.4299 2.9475 0.4859 2.0412 1.5564
(c)图 3.2 表 3.4 预扭壳数据对应的坎贝尔图(a)预扭角 0°(b) 预扭角 15°(c) 预扭角 30°Fig 3.2 Campbell diagram of twisted shell corresponding to the data from Table 3.4(a)twisted angle 0°(b) twisted angle 15°(c) twisted angle 30°Mode 2 (1000 rpm) Mode 2 (6000 rpm) Mode 2(14000 rpm)
【参考文献】
相关博士学位论文 前1条
1 徐钰巍;含缺陷结构的动态力学响应特性研究[D];北京理工大学;2014年
本文编号：2842010
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/2842010.html
