燃气轮机拉杆转子模型等效约化方法及动力学分析

发布时间：2021-06-25 03:16

　　燃气轮机在航空、舰船、发电等领域被广泛应用,在国防战略、电力能源方面占据极其重要地位。燃气轮机的实际工况通常由高温、高压、高速、气-固-热多场耦合而成,燃气轮机周向拉杆转子轴系结构复杂,是具有强耦合、高维、非线性的复杂动力学系统。本文依托航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究项目:《燃气轮机转子系统的结构动力学与振动控制研究》,针对燃气轮机周向拉杆转子轮盘接触效应、模型等效约化处理方法及非线性动力学分析方面展开研究。针对燃气轮机周向拉杆转子轮盘接触效应分析,从微观入手,结合赫兹接触理论和变形光滑的边界条件,推导了单峰微凸体接触各个阶段的接触面积、平均接触压力和接触载荷的表达式。结合单峰接触理论和微凸体峰高数学分布函数,积分求得燃机转子轮盘宏观尺度接触面的接触力学模型。在四种塑性指数条件下,比较了三种接触模型接触面积、法向载荷、法向接触刚度与平均表面间距的关系,总结参数的变化规律并分析了其原因。针对燃气轮机拉杆转子模型等效约化方法,为考虑接触效应引入虚拟材料层,通过控制虚拟材料层参数变化反映各轮盘间的接触效应。基于应变能理论,确定了等效后轴段特征参数并给予数学表征,结合有限元软件编制了提取... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

有限元接触模型

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-生转化，转变为接触部分整体塑性变形，如图2-3（d）所示，等值的高应力几乎占据半球体内部的全部空间，接触面也全部处于最大应力状态。通过有限元接触分析，发现接触对的状态是三种变形状态依次转换，具有光滑过渡的特征。为下文中提出单峰连续变形接触理论的推导提供了一定的参考。2.2.2单峰微凸体接触理论在单峰微凸体的接触理论分析中，采用图2-1简化后的模型，在刚性体与弹塑性半球体的接触中，对两接触单元施加法向载荷，接触部分的变形前后形貌变化关系如图2-4所示。图2-4接触过程变形示意图其中，虚线轮廓代表变形前的形状，粗实线轮廓代表变形后的形状。d代表两接触面间平均距离数值，z代表峰高数值。其中，ω为载荷方向的变形量：=zd（2-4）在单峰接触分析中，法向变形量ω的变化对接触面积、法向载荷和接触刚度影响巨大。随着变形量ω的增大，接触状态由弹性接触转化为弹塑性接触，之后再转化为塑性接触。弹性接触和塑性接触可以采用赫兹接触理论解释，而弹塑性接触理论涉及到诸多不确定因素，很难通过现有理论解释。然而，微凸球在变形过程中，有两种情况，一是弹性接触转为弹塑性接触，二是弹塑性接触转为塑性接触，

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-27-第3章燃机转子模型等效约化方法3.1引言燃机拉杆拉杆转子实际结构复杂，轮盘界面形状不规则，建模存在一定的误差，不能精确求解原结构的动态响应。因此，需寻求一套在保持模型主要特征参数不丢失的情况下能够简化实际模型的处理方法。本章首先通过材料力学变形关系，通过虚拟材料层代替轮盘间由拉杆力引起微观变形的接触效应，推导并得到虚拟材料层的参数，建立了具有复杂界面形状的燃机转子模型，之后采用应变能法对考虑接触效应的模型进行工程等效约化处理，并对等效处理后的参数进行表征，最后得到等效处理后具有实体结构的燃机转子模型。3.2等效虚拟材料层参数计算目前考虑燃机拉杆转子的接触效应研究大多是对接触界面刚度的研究，将接触面的刚度等效为无厚度的铰链-弹簧模型，但此模型需要实验标定刚度参数且不足以全面反映轮盘接触面的力学特征，在实际应用中耗时较长且结果存在一定误差。为解决上述问题，本节引入虚拟材料层建立轮盘结合面模型，通过虚拟层的材料本身参数（弹性模量E、泊松比μ、密度ρ、厚度l）表征接触面在横振过程中力学特性。图3-1轮盘接触效应转换虚拟材料如图3-1所示，将拉杆结构略去，用虚拟材料层进行转换处理，根据虚拟材料层参数的影响因素，可以建立虚拟材料层的数学模型为：


本文编号：3248382