燃气轮机周向拉杆转子连接刚度对轴系转子动力学特性影响的研究
发布时间：2022-11-05 13:50
拉杆转子因其低重量、高强度、易于拆装等优势,广泛应用于航空发动机及重型燃气轮机中。不同于连续转子,拉杆转子在结构上不是一个连续的整体。尤其在预紧力松弛的情况下,采用针对连续转子的建模方法分析拉杆转子得到的结果与实验结果有较大差异。因此,需要建立拉杆转子接触界面的力学模型,并在分析其转子动力学特性中考虑接触界面连接刚度,以得到适合拉杆转子的建模方法。为研究燃气轮机周向分布式拉杆转子轮盘间存在的连接刚度对轴系转子振动特性产生的影响,本文首先建立了连接刚度计算方法,在对比分析了预紧力单元法、渗透法等三种预紧力加载方法后,选用预紧力单元法精确施加拉杆预紧力,进而建立有限元模型,提出一种基于子模型的连接刚度计算方法,最后借助该方法研究了压气机试验件拉杆转子连接刚度随弯矩、拉杆结构特征等参数的变化规律。有限元计算结果表明:拉杆转子盘-盘连接刚度在接触面未发生分离时处于最大值,在弯矩施加不断增大过程中,刚度迅速减小,到达某个临界弯矩后,开始趋于收敛。除有限元方法外,本文还借助Hertz接触模型和GW模型联合推导了一种基于粗糙表面的弯曲刚度理论计算方法,该方法为认识接触面性质提供了另外一种思路。在得到...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 拉杆转子连接刚度计算问题的研究
1.2.2 考虑连接刚度的转子动力学计算模型的研究
1.2.3 拉杆转子非线性动态特性问题的研究
1.2.4 考虑热弹耦合的转子动力学模型
1.2.5 燃气轮机转子系统振动控制技术研究
1.3 本文研究的目的、意义和主要内容
1.3.1 本文研究的目的、意义
1.3.2 本文研究的主要内容
第2章 盘-盘连接刚度的计算方法及其变化规律
2.1 Hertz接触理论与GW模型的理论分析
2.1.1 Hertz接触理论
2.1.2 GW接触理论
2.1.3 盘-盘弯曲刚度的理论推导
2.2 预紧力加载方法及其分析
2.2.1 预紧力单元法
2.2.2 渗透法
2.2.3 两种加载方法与理论值的对比
2.3 有限元计算模型及其分析
2.3.1 计算模型及计算方法
2.3.2 盘-盘弯曲刚度有限元计算结果分析
2.4 本章小结
第3章 轴向温度分布对转子动力学特性的影响
3.1 连接刚度的施加与临界转速计算
3.1.1 盘-盘连接刚度施加方法
3.1.2 弯曲刚度施加方法验证
3.2 转子轴向温度分析有限元模型
3.2.1 梁单元在轴向温度分布下的动力学模型
3.2.2 具有轴向温度分布的简单转子动态特性
3.3 轴向温度分布下考虑连接刚度的拉杆转子动力学计算
3.3.1 材料属性变化对临界转速的影响
3.3.2 温度场对盘-盘连接刚度的影响
3.3.3 轴向温度分布对临界转速的影响
3.4 本章小结
第4章 考虑连接刚度的转子振动响应求解
4.1 振动响应求解方法
4.1.1 微分方程的改写
4.1.2 谐波平衡方程求解
4.1.3 求解方法验证
4.2 整机转子考虑连接刚度的谐响应分析
4.2.1 转子临界转速与响应分析
4.2.2 各向异性连接刚度下的响应分析
4.2.3 时变连接刚度下的响应分析
4.3 故障模式下考虑连接刚度的转子特性计算
4.3.1 相轨迹与相空间
4.3.2 庞加莱映射与分岔理论
4.3.3 常微分初值问题的求解方法
4.4 本章小结
第5章 考虑连接刚度的拉杆转子动力学试验设计
5.1 试验目的与试验台简介
5.1.1 试验目的
5.1.2 试验台简介
5.1.3 试验件设计简介
5.2 试验件与试验条件设计
5.2.1 拉杆预紧力大小设置准则
5.2.2 接触面状态参数的确定
5.2.3 应力取值与预紧力计算
5.3 试验设计
5.3.1 动态试验简介
5.3.2 模态试验简介
5.3.3 弯曲刚度测试试验简介
5.3.4 试验中应考虑的误差
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 主要创新点
6.3 研究展望
参考文献
附录 有限元中温度场加载的APDL语言
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑接触效应的拉杆转子非线性动力学特性分析[J]. 申鹏,刘潇波,赵立,闫建勇,柳亦兵. 风机技术. 2019(02)
[2]燃气轮机拉杆转子非线性动力学特性研究[J]. 达琦,袁奇,李浦. 西安交通大学学报. 2019(05)
[3]航空发动机螺栓连接载荷与结构参数对连接刚度影响规律[J]. 姚星宇,王建军. 推进技术. 2017(02)
[4]具有局部非线性刚度的复杂转子系统动力学模型及振动特性分析[J]. 于平超,马艳红,张大义,洪杰. 推进技术. 2016(12)
[5]拉杆组合转子的刚度修正及动力学建模[J]. 卢明剑,孙岩桦,周健,赵世全,耿海鹏,王为民. 航空动力学报. 2016(09)
[6]磁流变阻尼器主动控制四跨转子轴系振动研究[J]. 何立东,胡航领,冯浩然. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(08)
[7]航空发动机螺栓连接薄层单元建模方法[J]. 姚星宇,王建军,翟学. 北京航空航天大学学报. 2015(12)
[8]关于重型燃气轮机预测诊断与健康管理的研究综述[J]. 蒋东翔,刘超,杨文广,康维国. 热能动力工程. 2015(02)
[9]支承刚度非线性转子系统的不平衡响应[J]. 马艳红,何天元,张大义,洪杰. 航空动力学报. 2014(07)
[10]预紧饱和下盘式周向拉杆转子-轴承系统动力学特性分析及实验研究[J]. 卢明剑,耿海鹏,徐国徽,虞烈. 振动工程学报. 2014(01)
博士论文
[1]弹塑性接触和温度分布对拉杆转子动力学特性的影响研究[D]. 何鹏.哈尔滨工业大学 2013
[2]高速重载齿轮传动热弹变形及非线性耦合动力学研究[D]. 李绍彬.重庆大学 2004
硕士论文
[1]负载波动下组合转子拉杆螺栓自松弛问题研究[D]. 杨鸣.中南大学 2014
[2]温度场对航空发动机转子系统动力学特性影响的研究[D]. 艾书民.沈阳航空航天大学 2012
[3]航空发动机转子热力耦合分析[D]. 占敏剑.东北大学 2010
本文编号：3702725
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 拉杆转子连接刚度计算问题的研究
1.2.2 考虑连接刚度的转子动力学计算模型的研究
1.2.3 拉杆转子非线性动态特性问题的研究
1.2.4 考虑热弹耦合的转子动力学模型
1.2.5 燃气轮机转子系统振动控制技术研究
1.3 本文研究的目的、意义和主要内容
1.3.1 本文研究的目的、意义
1.3.2 本文研究的主要内容
第2章 盘-盘连接刚度的计算方法及其变化规律
2.1 Hertz接触理论与GW模型的理论分析
2.1.1 Hertz接触理论
2.1.2 GW接触理论
2.1.3 盘-盘弯曲刚度的理论推导
2.2 预紧力加载方法及其分析
2.2.1 预紧力单元法
2.2.2 渗透法
2.2.3 两种加载方法与理论值的对比
2.3 有限元计算模型及其分析
2.3.1 计算模型及计算方法
2.3.2 盘-盘弯曲刚度有限元计算结果分析
2.4 本章小结
第3章 轴向温度分布对转子动力学特性的影响
3.1 连接刚度的施加与临界转速计算
3.1.1 盘-盘连接刚度施加方法
3.1.2 弯曲刚度施加方法验证
3.2 转子轴向温度分析有限元模型
3.2.1 梁单元在轴向温度分布下的动力学模型
3.2.2 具有轴向温度分布的简单转子动态特性
3.3 轴向温度分布下考虑连接刚度的拉杆转子动力学计算
3.3.1 材料属性变化对临界转速的影响
3.3.2 温度场对盘-盘连接刚度的影响
3.3.3 轴向温度分布对临界转速的影响
3.4 本章小结
第4章 考虑连接刚度的转子振动响应求解
4.1 振动响应求解方法
4.1.1 微分方程的改写
4.1.2 谐波平衡方程求解
4.1.3 求解方法验证
4.2 整机转子考虑连接刚度的谐响应分析
4.2.1 转子临界转速与响应分析
4.2.2 各向异性连接刚度下的响应分析
4.2.3 时变连接刚度下的响应分析
4.3 故障模式下考虑连接刚度的转子特性计算
4.3.1 相轨迹与相空间
4.3.2 庞加莱映射与分岔理论
4.3.3 常微分初值问题的求解方法
4.4 本章小结
第5章 考虑连接刚度的拉杆转子动力学试验设计
5.1 试验目的与试验台简介
5.1.1 试验目的
5.1.2 试验台简介
5.1.3 试验件设计简介
5.2 试验件与试验条件设计
5.2.1 拉杆预紧力大小设置准则
5.2.2 接触面状态参数的确定
5.2.3 应力取值与预紧力计算
5.3 试验设计
5.3.1 动态试验简介
5.3.2 模态试验简介
5.3.3 弯曲刚度测试试验简介
5.3.4 试验中应考虑的误差
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 研究结论
6.2 主要创新点
6.3 研究展望
参考文献
附录 有限元中温度场加载的APDL语言
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑接触效应的拉杆转子非线性动力学特性分析[J]. 申鹏,刘潇波,赵立,闫建勇,柳亦兵. 风机技术. 2019(02)
[2]燃气轮机拉杆转子非线性动力学特性研究[J]. 达琦,袁奇,李浦. 西安交通大学学报. 2019(05)
[3]航空发动机螺栓连接载荷与结构参数对连接刚度影响规律[J]. 姚星宇,王建军. 推进技术. 2017(02)
[4]具有局部非线性刚度的复杂转子系统动力学模型及振动特性分析[J]. 于平超,马艳红,张大义,洪杰. 推进技术. 2016(12)
[5]拉杆组合转子的刚度修正及动力学建模[J]. 卢明剑,孙岩桦,周健,赵世全,耿海鹏,王为民. 航空动力学报. 2016(09)
[6]磁流变阻尼器主动控制四跨转子轴系振动研究[J]. 何立东,胡航领,冯浩然. 华中科技大学学报(自然科学版). 2016(08)
[7]航空发动机螺栓连接薄层单元建模方法[J]. 姚星宇,王建军,翟学. 北京航空航天大学学报. 2015(12)
[8]关于重型燃气轮机预测诊断与健康管理的研究综述[J]. 蒋东翔,刘超,杨文广,康维国. 热能动力工程. 2015(02)
[9]支承刚度非线性转子系统的不平衡响应[J]. 马艳红,何天元,张大义,洪杰. 航空动力学报. 2014(07)
[10]预紧饱和下盘式周向拉杆转子-轴承系统动力学特性分析及实验研究[J]. 卢明剑,耿海鹏,徐国徽,虞烈. 振动工程学报. 2014(01)
博士论文
[1]弹塑性接触和温度分布对拉杆转子动力学特性的影响研究[D]. 何鹏.哈尔滨工业大学 2013
[2]高速重载齿轮传动热弹变形及非线性耦合动力学研究[D]. 李绍彬.重庆大学 2004
硕士论文
[1]负载波动下组合转子拉杆螺栓自松弛问题研究[D]. 杨鸣.中南大学 2014
[2]温度场对航空发动机转子系统动力学特性影响的研究[D]. 艾书民.沈阳航空航天大学 2012
[3]航空发动机转子热力耦合分析[D]. 占敏剑.东北大学 2010
本文编号：3702725
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dongligc/3702725.html
