本文關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)葉輪隨機(jī)振動(dòng)建模與分析研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：葉輪是離心式壓縮機(jī)通過旋轉(zhuǎn)對(duì)氣體做功并使氣體壓縮的關(guān)鍵組件。氣體反作用于葉輪的壓力是典型的隨機(jī)激勵(lì),因此葉輪受隨機(jī)氣動(dòng)荷載作用的響應(yīng)求解即為典型的流固耦合問題。許多工程事故中,葉輪的破壞是由隨機(jī)氣動(dòng)激勵(lì)作用下材料發(fā)生高周疲勞造成的。因此對(duì)葉輪開展動(dòng)應(yīng)力分析具有防止疲勞破壞和驗(yàn)證葉輪可靠度的實(shí)際價(jià)值。以往工程上葉輪動(dòng)應(yīng)力分析主要采用靜荷載加載或5%靜壓值加載的方法,計(jì)算均存在缺陷。為了更準(zhǔn)確地計(jì)算葉輪的動(dòng)強(qiáng)度,評(píng)定葉輪失效和疲勞破壞,本文開展了具有針對(duì)性的基于動(dòng)力設(shè)計(jì)的離心式葉輪隨機(jī)振動(dòng)問題研究,具體內(nèi)容如下：首先,采用單向弱耦合方法求解非定常氣動(dòng)荷載作用下葉輪的流固耦合響應(yīng),提取數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了動(dòng)力計(jì)算的可信度。其次,針對(duì)葉輪流固耦合瞬態(tài)求解時(shí),弱耦合流固交界面數(shù)據(jù)交換復(fù)雜及時(shí)域求解時(shí)間耗時(shí)較長(zhǎng)等問題,提出了適用于任意幾何形體的葉片的表面荷載快速建模方法,此方法基于工程流體計(jì)算經(jīng)驗(yàn)且滿足任意給定的數(shù)學(xué)假定。然后,文章引用求解結(jié)構(gòu)受平穩(wěn)隨機(jī)作用動(dòng)響應(yīng)的虛擬激勵(lì)法,詳細(xì)介紹了虛擬激勵(lì)法基本原理,推導(dǎo)了多維多點(diǎn)虛擬激勵(lì)法的計(jì)算方法,給出了多維多點(diǎn)虛擬激勵(lì)法在ANSYS上實(shí)現(xiàn)的方法及流程。此后,采用第三、四章所述方法,開展了基于動(dòng)力設(shè)計(jì)的半開式葉輪隨機(jī)問題實(shí)例分析。根據(jù)葉輪受完全不相干激勵(lì)時(shí)虛擬激勵(lì)法在ANSYS中的應(yīng)用方法,第一步通過葉片表面荷載快速建模算法生成葉輪表面壓力的均值；第二步依照動(dòng)應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果的幅頻曲線確定設(shè)計(jì)氣動(dòng)荷載的頻率成分,采用快速建立氣壓幅值任意的葉片表面荷載模型的算法,生成葉輪表面壓力脈動(dòng)；第三步采用改進(jìn)周期圖法,通過編制MATLAB程序?qū)θ~輪表面壓力脈動(dòng)進(jìn)行功率譜估計(jì),求得壓力功率譜；最后一步利用ANSYS諧響應(yīng)分析模塊對(duì)葉輪單扇區(qū)模型進(jìn)行分析,提取重點(diǎn)考察危險(xiǎn)區(qū)域200個(gè)節(jié)點(diǎn)位移及應(yīng)力功率譜,確定動(dòng)響應(yīng)最大頻率及對(duì)應(yīng)熱點(diǎn)。最后,針對(duì)第五章所計(jì)算的葉輪算例,結(jié)合寬頻隨機(jī)過程疲勞壽命估計(jì)方法對(duì)葉輪危險(xiǎn)點(diǎn)疲勞損傷進(jìn)行了計(jì)算,給出了其疲勞壽命。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)力設(shè)計(jì) 葉輪 流固耦合 虛擬激勵(lì)法 隨機(jī)振動(dòng) 疲勞 頻域分析
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH45
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 流固耦合問題的研究狀況11-15
• 1.2.1 流固耦合問題的原理與探索11-12
• 1.2.2 葉輪機(jī)械流固耦合問題的研究進(jìn)展12-13
• 1.2.3 流固耦合問題的研究方法13-15
• 1.3 隨機(jī)振動(dòng)問題的研究進(jìn)展15-16
• 1.4 本文的主要工作16-17
• 1.5 本章小結(jié)17-18
• 2 葉輪的流固耦合瞬態(tài)分析18-29
• 2.1 引言18
• 2.2 葉輪的瞬態(tài)分析方法及流程18-19
• 2.3 葉輪的動(dòng)應(yīng)力分析19-22
• 2.3.1 葉輪的分析模型19-20
• 2.3.2 不同工況下的瞬態(tài)壓力荷載20-22
• 2.4 葉輪的瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果22-28
• 2.4.1 兩個(gè)工況下的應(yīng)力結(jié)果22-24
• 2.4.2 數(shù)值解與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比分析24-27
• 2.4.3 結(jié)果的對(duì)比分析27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 3 葉片表面荷載的生成方法29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 快速建模方法29-34
• 3.2.1 面-面投影與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換29-31
• 3.2.2 搜索與插值方法31-33
• 3.2.3 分布函數(shù)及插值33-34
• 3.3 葉片表面荷載的建模流程34-35
• 3.4 葉輪荷載的生成算例35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 4 結(jié)構(gòu)平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)的虛擬激勵(lì)法38-45
• 4.1 引言38
• 4.2 結(jié)構(gòu)平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)的虛擬激勵(lì)法基本原理38-39
• 4.3 多維多點(diǎn)平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)的虛擬激勵(lì)法39-41
• 4.3.1 結(jié)構(gòu)受多維多點(diǎn)部分相干平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)39-40
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)受多維多點(diǎn)完全不相干平穩(wěn)隨機(jī)激勵(lì)40-41
• 4.4 多維多點(diǎn)激勵(lì)的虛擬激勵(lì)法實(shí)現(xiàn)原理分析41-43
• 4.4.1 多維多點(diǎn)部分相干隨機(jī)激勵(lì)的虛擬激勵(lì)法實(shí)現(xiàn)42
• 4.4.2 多維多點(diǎn)完全不相干隨機(jī)激勵(lì)的虛擬激勵(lì)法實(shí)現(xiàn)42-43
• 4.5 多維多點(diǎn)激勵(lì)的虛擬激勵(lì)法在ANSYS中實(shí)現(xiàn)流程43-44
• 4.6 本章小結(jié)44-45
• 5 葉輪的動(dòng)響應(yīng)分析45-61
• 5.1 引言45
• 5.2 葉輪的隨機(jī)振動(dòng)分析模型45-47
• 5.3 葉輪表面荷載的快速生成47-53
• 5.3.1 葉輪表面壓力均值生成47-50
• 5.3.2 葉輪表面壓力脈動(dòng)生成50-53
• 5.4 葉輪隨機(jī)荷載的功率譜估計(jì)53-55
• 5.4.1 功率譜估計(jì)方法53-54
• 5.4.2 葉輪表面載荷功率譜估計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法54-55
• 5.5 葉輪的多維多點(diǎn)平穩(wěn)響應(yīng)分析55-60
• 5.6 本章小結(jié)60-61
• 6 葉輪隨機(jī)振動(dòng)的疲勞分析61-67
• 6.1 引言61
• 6.2 疲勞損傷壽命估計(jì)理論61-62
• 6.2.1 線性累積損傷準(zhǔn)則61-62
• 6.2.2 三區(qū)間法62
• 6.3 疲勞損傷的分析方法62-65
• 6.3.1 Bendat模型63-64
• 6.3.2 Wirsching模型64
• 6.3.3 Dirlik模型64-65
• 6.4 葉輪的疲勞分析65-66
• 6.5 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況74-75
• 致謝75-76

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)葉輪隨機(jī)振動(dòng)建模與分析研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：361617