隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,通風(fēng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工廠、礦井、隧道、船舶和建筑物等各種場所。葉片是通風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵部件,該部件發(fā)生故障會嚴(yán)重影響通風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行,未能被診斷出的早期故障還會在橫向振動的作用下繼續(xù)擴(kuò)展。由于葉片本身振蕩與其激發(fā)的非定常流場之間的交互作用,傳統(tǒng)的分析方法無法揭示其本質(zhì)問題,基于流固耦合研究葉片產(chǎn)生故障的機(jī)理,具有重要的研究意義。首先建立風(fēng)機(jī)葉片的動力學(xué)模型和流固耦合數(shù)學(xué)模型,得到了通風(fēng)機(jī)流體場和葉片模態(tài)之間的關(guān)系以及葉片的固有頻率。其次對通風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行模態(tài)試驗和仿真,對比健康和裂紋故障葉片頻率、振型變化規(guī)律,研究葉片各階振型與氣動力相互作用的規(guī)律、葉片裂紋故障對各階振型的影響。最后運(yùn)用ANSYS Workbench軟件搭建流固耦合平臺,仿真分析了不同轉(zhuǎn)速、風(fēng)阻工況下,通風(fēng)機(jī)流體場氣動力和葉片裂紋的變化規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下:(1)對實際的風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行受力分析,確定風(fēng)機(jī)葉片的力學(xué)模型和流固耦合模型。(2)使用模態(tài)試驗和仿真分析,獲取健康葉片和裂紋故障葉片的固有頻率和振型變化規(guī)律。分析對比了葉片表面氣動力與葉片各階振型之間的相互作用以及裂紋故障位置與氣動力的相互作用。(3)應(yīng)用B... 

【文章來源】：北京工業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

礦用通風(fēng)機(jī)Fig.1-1Minefan

將會造成通風(fēng)效率下降甚至停機(jī)的嚴(yán)重后果。當(dāng)發(fā)生性能失穩(wěn)故障時，此時風(fēng)道內(nèi)出現(xiàn)的強(qiáng)烈徑向脈動會對通風(fēng)機(jī)和風(fēng)道造成嚴(yán)重的損壞，特別是通風(fēng)機(jī)葉片在交變應(yīng)力的作用下極易損壞。在軸流式通風(fēng)機(jī)的各種故障中，葉片失效占很大比例，其中主要故障類型為葉片裂紋故障和葉片斷裂故障（如圖 1-2 所示），因自振頻率和激勵源頻率一致而共振產(chǎn)生的裂紋會對整個機(jī)組的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的威脅。失速顫振是通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中常出現(xiàn)的問題、最為多發(fā)的顫振故障，它是典型的升力系統(tǒng)處于失速攻角附近所發(fā)生的氣動彈性失穩(wěn)現(xiàn)象。顫振的起因是由于葉片本身震蕩與其激發(fā)流場非定常性之間的交互耦合作用[7-8]，這種氣動力和葉片振動特性的相互作用常會導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的重大事故。鑒于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的頻發(fā)故障是振動問題，因此國內(nèi)外學(xué)者和工程師們投入相當(dāng)大的致力于振動故障診斷研究，但是對于葉輪機(jī)械的安全性和可靠性可能造成重大危險的流固耦合問題，由于其屬于邊緣科學(xué)涉及諸多學(xué)科分支，對其的研究還不是很深入。傳統(tǒng)的分析方法無法揭示其本質(zhì)問題，因此基于流固耦合研究葉片產(chǎn)生顫振及故障的機(jī)理，分析通風(fēng)機(jī)流體域流動規(guī)律和固體域的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律，具有重要意義。

將通風(fēng)機(jī)流體場的氣動力變化傳遞到葉片結(jié)構(gòu)上，同時，葉片的結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳遞到流體場，實現(xiàn)雙向耦合。圖2-2 耦合流程圖Fig.2-2 Coupling flow chart2.4 本章小結(jié)本章根據(jù)通風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)特點、動力學(xué)特性，分別建立了通風(fēng)機(jī)葉片的力學(xué)模型、流固耦合模型，推導(dǎo)得到葉片的固有頻率的求解方式。本文采用弱耦合算法計算流固耦合模型，分別建立流體場、固體域的控制方程，將流體域與固體域的參數(shù)進(jìn)行傳遞分析，為之后的研究提供理論基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]混流式空氣壓縮機(jī)喘振原因分析及對策[J]. 魏文斌.  大氮肥. 2018(06)
[2]基于ANSYS的流固耦合弧形閘門振動特性研究[J]. 李桑軍,秦戰(zhàn)生.  水力發(fā)電. 2018(01)
[3]通風(fēng)機(jī)故障葉片的模態(tài)分析[J]. 付勝,杜曉帆.  礦山機(jī)械. 2015(04)
[4]機(jī)械結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析方法研究綜述[J]. 孫敬敬.  科技信息. 2014(03)
[5]含裂紋葉片的失諧葉盤對航空發(fā)動機(jī)振動特性的影響[J]. 張歡,朱靖,梁恩波,滕光蓉.  航空動力學(xué)報. 2013(09)
[6]運(yùn)動罐體內(nèi)液體晃動的雙向流固耦合數(shù)值分析[J]. 劉小民,王星,許運(yùn)賓.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2012(05)
[7]風(fēng)波聯(lián)合作用海上風(fēng)力機(jī)動態(tài)特性分析[J]. 徐建源,祝賀.  中國電機(jī)工程學(xué)報. 2010(05)
[8]呼吸裂紋梁非線性動力特性研究[J]. 胡家順,馮新,周晶.  振動與沖擊. 2009(01)
[9]轉(zhuǎn)子葉片裂紋故障特征提取研究[J]. 劉曉波,孫康.  江西理工大學(xué)學(xué)報. 2006(01)
[10]梁裂縫損傷檢測的模態(tài)應(yīng)變能法及試驗研究[J]. 唐天國,劉浩吾,陳春華,劉曉森.  工程力學(xué). 2005(S1)

博士論文
[1]風(fēng)機(jī)葉片流固耦合特性分析與故障診斷[D]. 黎少輝.中國礦業(yè)大學(xué) 2009
[2]故障旋轉(zhuǎn)機(jī)械動力學(xué)及診斷技術(shù)中若干問題的研究[D]. 姚紅良.東北大學(xué) 2006
[3]高維復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)的若干現(xiàn)代問題研究[D]. 曹樹謙.天津大學(xué) 2003
[4]葉輪機(jī)械中若干氣流激振問題的流固耦合數(shù)值研究[D]. 金琰.清華大學(xué) 2002

碩士論文
[1]通風(fēng)機(jī)葉片裂紋故障診斷方法的研究[D]. 高銀波.北京工業(yè)大學(xué) 2016



本文編號：2927215