【摘要】：燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)被譽(yù)為先進(jìn)制造業(yè)“王冠上的明珠”,是一個(gè)國家科技水平和綜合國力的重要標(biāo)志之一。燃機(jī)整機(jī)以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模分析是重型燃機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)之一,燃機(jī)氣缸作為燃機(jī)主體結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子提供支撐,其動(dòng)力學(xué)特性及其與轉(zhuǎn)子耦合動(dòng)力學(xué)特性分析是燃機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。由于重型燃機(jī)氣缸結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連接界面多,要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、快速、有效的動(dòng)力學(xué)建模,難度較大。本論文針對燃機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)中面臨的實(shí)際問題和需求,結(jié)合典型重型燃?xì)廨啓C(jī)氣缸結(jié)構(gòu),重點(diǎn)研究燃機(jī)氣缸動(dòng)力學(xué)建模方法,為燃機(jī)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)提供支撐。論文的主要工作如下:針對某重型燃機(jī)氣缸復(fù)雜結(jié)構(gòu),基于模態(tài)頻率和振型近似的原則,具體針對氣缸壓氣機(jī)軸承支座、靜葉持環(huán)和燃燒室進(jìn)行簡化,有效獲得燃機(jī)氣缸簡化模型;針對簡化模型,提出基于�；昂髿飧踪|(zhì)量、剛度和極轉(zhuǎn)動(dòng)慣量保持一致的�；椒�,將復(fù)雜氣缸結(jié)構(gòu)�；扇舾蓤A環(huán)結(jié)構(gòu),通過模態(tài)分析驗(yàn)證其可行性,為燃機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)快速動(dòng)力學(xué)建模與優(yōu)化設(shè)計(jì),提供了有效手段。針對氣缸中分面和氣缸之間的界面螺栓連接,提出兩種模擬螺栓連接的結(jié)合面建模方法。首先方法采用螺栓結(jié)構(gòu)有限元建模模擬實(shí)際螺栓連接,通過理論和試驗(yàn)結(jié)果的對比驗(yàn)證了其有效性;針對采用實(shí)體螺栓建模進(jìn)行整體動(dòng)力學(xué)分析的局限性,繼而提出了等效結(jié)合面的動(dòng)力學(xué)建模方法,考慮了結(jié)合面法向與切向特征的相互作用,采用赫茲接觸理論和分形理論推導(dǎo)出一組等效彈性模量、泊松比和密度等力學(xué)參數(shù)的解析解。采用有限元結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模方法,利用獲得的等效力學(xué)參數(shù),建立含等效結(jié)合面的氣缸動(dòng)力學(xué)模型,通過模態(tài)求解驗(yàn)證了兩種方法的一致性。針對實(shí)際某型燃機(jī)燃燒室氣缸,加工了縮比試驗(yàn)件,試驗(yàn)研究了中分面法蘭螺栓預(yù)緊力對氣缸模態(tài)頻率和振型的影響,通過與所建動(dòng)力學(xué)模型的模態(tài)分析結(jié)果對比,驗(yàn)證了所提出的建模方法的有效性。利用所提出的方法分析研究了螺栓預(yù)緊力和摩擦系數(shù)對氣缸整體結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響規(guī)律�；谒岢龅臍飧捉７椒�,建立了包括壓氣機(jī)支撐、透平支撐、壓氣機(jī)軸承以及透平軸承在內(nèi)的整機(jī)有限元模型;探究了預(yù)緊力大小對氣缸軸承處動(dòng)剛度的影響規(guī)律;建立了燃機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模型,分析了氣缸動(dòng)剛度對轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性的影響。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK471
【圖文】：

（b）燃?xì)廨啓C(jī)三個(gè)主要缸體結(jié)構(gòu)圖圖 1- 1 燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)物結(jié)構(gòu)圖Fig.1-1 Structure of The Gas Turbine 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 螺栓結(jié)合面動(dòng)力學(xué)建模研究現(xiàn)狀燃機(jī)氣缸各部件之間的螺栓數(shù)目眾多，如果用實(shí)體螺栓連接，從建模角度考作量巨大，仿真分析角度考慮占用資源過多，且分析周期較長，需要大量的物力。所以探究出一種代替實(shí)體螺栓連接的方法顯得尤為必要。研究螺栓連構(gòu)接觸面的目的主要是：研究出一種考慮連接面之間的接觸剛度和阻尼的方以保證氣缸結(jié)構(gòu)的完整性；分析螺栓預(yù)緊力對燃機(jī)氣缸和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行影響。因此如何處理這些螺栓連接結(jié)構(gòu)接觸面是燃機(jī)氣缸結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)

壓氣機(jī)靜葉持環(huán)原始模型圖 (b) 壓氣機(jī)靜葉持環(huán)簡化模型圖圖 2- 1 壓氣機(jī)靜葉持環(huán)三維模型Fig. 2-1 3D model of compressor blade carrier仿真的精確度很大程度取決于網(wǎng)格的劃分精確程度，比如網(wǎng)格類型都對仿真結(jié)果有著巨大的影響�？紤]到本章分析的是如何保證簡化前后的模型在網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)格類型上保持一致即可章采用一階四面體單元 Solid185，網(wǎng)格尺寸均為 50mm。圖 環(huán)有限元模型。

(a) 壓氣機(jī)靜葉持環(huán)原始模型圖 (b) 壓氣機(jī)靜葉持環(huán)簡化模型圖 2- 1 壓氣機(jī)靜葉持環(huán)三維模型Fig. 2-1 3D model of compressor blade carrier劃分限元仿真的精確度很大程度取決于網(wǎng)格的劃分精確程度，比如網(wǎng)單元類型都對仿真結(jié)果有著巨大的影響�？紤]到本章分析的是如要保證簡化前后的模型在網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)格類型上保持一致即，本章采用一階四面體單元 Solid185，網(wǎng)格尺寸均為 50mm。圖葉持環(huán)有限元模型。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2765157