旋转带冠叶片的碰撞—摩擦动力学特性研究

发布时间：2017-08-18 12:41

  本文关键词：旋转带冠叶片的碰撞—摩擦动力学特性研究

  更多相关文章： 带冠叶片 离心刚化 动频 碰撞 摩擦 升降速 实验

【摘要】：旋转带冠叶片是旋转机械中的关键部件之一,其性能直接影响着旋转机械的稳定性和安全性。叶片的振动故障在发动机振动故障中最为常见,据统计,约70%的发动机故障为叶片故障。采用叶冠结构干摩擦减振是叶片常用的减振方法,因此对于叶冠间的碰撞-摩擦特性的研究是非常重要的。本文主要以旋转带冠叶片为研究对象,通过数值仿真及模型实验,研究了旋转带冠叶片碰撞和摩擦导致的复杂非线性动力学特性。本文主要开展的研究工作如下：(1)基于ANSYS研究了叶冠对带冠叶片固有频率的影响以及质量点代替叶冠的可行性,并基于能量法建立了考虑离心刚化、旋转软化的旋转带冠叶片解析模型；通过ANSYS有限元模型和解析模型对比分析了叶冠长度、旋转半径对旋转带冠叶片固有频率的影响,以及有无叶冠对叶片振动响应的影响。(2)基于碰撞理论建立旋转带冠叶片的碰撞动力学模型,其中叶冠的碰撞刚度选为叶片的弯曲动刚度。通过碰撞模型研究了气动力频率对叶片振动响应的影响,分析了叶冠对称及不对称间隙、旋转速度以及气动力幅值等对叶冠碰撞的动力学特性的影响规律。(3)基于摩擦理论建立了旋转带冠叶片的碰撞-摩擦模型,摩擦模型主要采用库仑摩擦模型和LuGre摩擦模型,并通过文献验证了摩擦模型的正确性,基于两种摩擦模型分析了叶冠间的振动摩擦效应。此后又分析了叶冠角度、摩擦系数对叶片振动特性的影响。(4)基于旋转带冠叶片模型,分析了无碰撞情况下叶片升降速时的振动响应特性,以及加速度对叶片振动响应的影响。此后考虑碰撞影响,分析了升降速情况下带冠叶片的碰撞响应特性,以及对称/不对称间隙和气动力幅值对叶冠碰撞响应的影响。最后考虑碰撞及摩擦影响,分析了升降速情况下叶冠角度和叶冠间隙对叶片振动响应的影响。(5)搭建实验平台,通过模型实验分析了叶冠对固有频率的影响,并验证了解析方法的正确性。测试了带冠叶片碰撞导致的加速度振动响应,验证了激振力幅值、激振力频率以及叶冠间隙对叶片振动响应的影响。
【关键词】：带冠叶片 离心刚化 动频 碰撞 摩擦 升降速 实验
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH117.1;TH113
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 本文研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 带冠叶片动力学模型的研究现状14-15
• 1.2.2 旋转态下叶片固有特性的研究现状15-16
• 1.2.3 带冠叶片碰撞减振的研究现状16-17
• 1.2.4 带冠叶片摩擦减振的研究现状17-19
• 1.2.5 带冠叶片减振实验的研究现状19
• 1.3 本文研究的主要内容19-21
• 第2章 带冠叶片动力学理论推导和模型验证21-43
• 2.1 概述21
• 2.2 基于ANSYS不同单元类型的固有特性分析21-23
• 2.2.1 不同单元形式的模型建立21-22
• 2.2.2 不同单元模型的静频特性对比22
• 2.2.3 不同单元模型的动频特性对比22-23
• 2.3 基于ANSYS不同叶片模型的固有特性分析23-26
• 2.3.1 基于ANSYS建立不同叶片模型24
• 2.3.2 三种叶片模型的静频特性对比24-25
• 2.3.3 三种叶片模型动频特性对比25-26
• 2.4 基于能量法解析模型的建立26-34
• 2.4.1 能量法推导带冠叶片的振动微分方程26-30
• 2.4.2 带冠悬臂梁振动微分方程离散30-32
• 2.4.3 带冠悬臂梁振动微分方程无量纲化32-34
• 2.5 基于两种模型的固有特性及振动响应对比34-40
• 2.5.1 带冠叶片模型的固有频率对比34-36
• 2.5.2 叶冠长度对固有频率的影响36-39
• 2.5.3 旋转半径对固有频率的影响39
• 2.5.4 叶冠对叶片振动响应的影响39-40
• 2.6 本章小结40-43
• 第3章 考虑碰撞的带冠叶片动力学特性分析43-63
• 3.1 概述43
• 3.2 叶冠间碰撞理论及碰撞力模型的建立43-46
• 3.2.1 叶冠接触碰撞理论的研究43
• 3.2.2 叶冠接触碰撞力模型43-44
• 3.2.3 叶冠碰撞接触刚度44-45
• 3.2.4 叶冠碰撞的带冠叶片动力学模型45-46
• 3.3 带冠叶片在气流激振作用下的幅频特性46-48
• 3.3.1 带冠叶片在气流激振力下的共振现象46-47
• 3.3.2 气流激振力对带冠叶片碰撞的影响47-48
• 3.4 带冠叶片在气流激励下的振动特性48-56
• 3.4.1 带冠叶片在共振转速不同间隙下的振动响应48-52
• 3.4.2 带冠叶片在一定间隙不同转速下的振动响应52-54
• 3.4.3 带冠叶片在不同气动力幅值下的振动响应54-56
• 3.5 不对称间隙对带冠叶片振动响应的影响56-59
• 3.6 碰撞阻尼对带冠叶片振动响应的影响59-61
• 3.7 本章小结61-63
• 第4章 考虑碰撞-摩擦的带冠叶片动力学特性分析63-89
• 4.1 概述63
• 4.2 叶冠间摩擦理论以及摩擦力学模型63-66
• 4.2.1 叶冠间摩擦理论63-65
• 4.2.2 叶冠接触库仑摩擦模型65
• 4.2.3 叶冠接触LuGre摩擦模型65-66
• 4.3 叶冠碰撞-摩擦模型的验证66-71
• 4.3.1 文献模型及分析方法66-67
• 4.3.2 本文解析方法与文献对比67-71
• 4.4 叶冠间碰撞-摩擦的动力学模型71-74
• 4.4.1 考虑碰撞-摩擦的带冠叶片动力学方程的建立71-73
• 4.4.2 动力学方程的离散化73-74
• 4.5 基于不同摩擦模型的带冠叶片振动特性分析74-79
• 4.5.1 基于库仑摩擦模型的振动特性74-78
• 4.5.2 基于LuGre摩擦模型的振动特性78-79
• 4.6 带角度叶冠对振动响应的影响79-85
• 4.6.1 叶冠带角度单方向模型的振动响应79-82
• 4.6.2 叶冠带角度两方向模型的振动响应82-85
• 4.7 不同摩擦系数对振动响应的影响85-87
• 4.8 本章小结87-89
• 第5章 升降速对叶冠碰撞和摩擦特性的影响89-105
• 5.1 概述89
• 5.2 升降速对旋转带冠叶片的影响89-92
• 5.2.1 升降速在气流激振频率下对带冠叶片的影响89-90
• 5.2.2 不同加速度对带冠叶片的影响90-92
• 5.3 升降速对带冠叶片碰撞的影响92-98
• 5.3.1 不同间隙下升降速对带冠叶片碰撞的影响92-94
• 5.3.2 不对称间隙下升降速对带冠叶片碰撞的影响94-96
• 5.3.3 不同气动力幅值下升降速对带冠叶片碰撞的影响96-98
• 5.4 升降速对带冠叶片碰撞摩擦的影响98-103
• 5.4.1 升降速对带冠叶片碰撞摩擦的影响98-99
• 5.4.2 叶冠角度在升降速下对带冠叶片碰撞摩擦的影响99-101
• 5.4.3 不同间隙下升降速对带冠叶片碰撞和摩擦的影响101-103
• 5.5 本章小结103-105
• 第6章 带冠叶片固有特性及碰撞实验研究105-115
• 6.1 概述105
• 6.2 基于3种方法的固有特性分析105-107
• 6.3 基于实验与解析方法的振动特性分析107-113
• 6.3.1 不同叶冠间隙对振动特性的影响109-110
• 6.3.2 不同激振力幅值对振动特性的影响110-112
• 6.3.3 不同激振频率对振动特性的影响112-113
• 6.4 本章小结113-115
• 第7章 总结与展望115-119
• 7.1 研究结论115-116
• 7.2 研究展望116-119
• 参考文献119-127
• 致谢127-129
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研项目129

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 许松林;乔小飞;林涛;梁晓光;;旋转带蒸馏塔内液体的流动形态[J];天津大学学报;2009年05期

2 许松林;鲁文华;;两种不同形状旋转带对气液两相流场影响的计算流体力学模拟[J];天津大学学报;2007年08期

3 初世明;曹登庆;潘健智;孙述鹏;王立刚;;柔性旋转带冠叶片的非线性动力学特征[J];中国科学:物理学 力学 天文学;2013年04期

4 乔小飞;许松林;隋东武;赵磊;华卫琦;尚永华;;旋转带蒸馏技术研究进展[J];现代化工;2010年S1期

5 ;[J];;年期

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 潘石屹;心里的本真[N];法制日报;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 能海强;旋转带冠叶片的碰撞—摩擦动力学特性研究[D];东北大学;2014年

2 董丽萍;旋转带蒸馏塔的计算流体力学模拟[D];天津大学;2007年

3 王淑华;旋转带蒸馏塔的流体力学性能测试[D];天津大学;2008年

4 鲁文华;旋转带蒸馏塔流场的CFD模拟[D];天津大学;2007年

5 乔小飞;旋转带蒸馏CFD模拟和塔中液体流动观察[D];天津大学;2008年

，

本文编号：694636