拉桿轉子因其低重量、高強度、易于拆裝等優(yōu)勢,廣泛應用于航空發(fā)動機及重型燃氣輪機中。不同于連續(xù)轉子,拉桿轉子在結構上不是一個連續(xù)的整體。尤其在預緊力松弛的情況下,采用針對連續(xù)轉子的建模方法分析拉桿轉子得到的結果與實驗結果有較大差異。因此,需要建立拉桿轉子接觸界面的力學模型,并在分析其轉子動力學特性中考慮接觸界面連接剛度,以得到適合拉桿轉子的建模方法。為研究燃氣輪機周向分布式拉桿轉子輪盤間存在的連接剛度對軸系轉子振動特性產生的影響,本文首先建立了連接剛度計算方法,在對比分析了預緊力單元法、滲透法等三種預緊力加載方法后,選用預緊力單元法精確施加拉桿預緊力,進而建立有限元模型,提出一種基于子模型的連接剛度計算方法,最后借助該方法研究了壓氣機試驗件拉桿轉子連接剛度隨彎矩、拉桿結構特征等參數的變化規(guī)律。有限元計算結果表明:拉桿轉子盤-盤連接剛度在接觸面未發(fā)生分離時處于最大值,在彎矩施加不斷增大過程中,剛度迅速減小,到達某個臨界彎矩后,開始趨于收斂。除有限元方法外,本文還借助Hertz接觸模型和GW模型聯合推導了一種基于粗糙表面的彎曲剛度理論計算方法,該方法為認識接觸面性質提供了另外一種思路。在得到... 

【文章頁數】：101 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 拉桿轉子連接剛度計算問題的研究
        1.2.2 考慮連接剛度的轉子動力學計算模型的研究
        1.2.3 拉桿轉子非線性動態(tài)特性問題的研究
        1.2.4 考慮熱彈耦合的轉子動力學模型
        1.2.5 燃氣輪機轉子系統(tǒng)振動控制技術研究
    1.3 本文研究的目的、意義和主要內容
        1.3.1 本文研究的目的、意義
        1.3.2 本文研究的主要內容
第2章 盤-盤連接剛度的計算方法及其變化規(guī)律
    2.1 Hertz接觸理論與GW模型的理論分析
        2.1.1 Hertz接觸理論
        2.1.2 GW接觸理論
        2.1.3 盤-盤彎曲剛度的理論推導
    2.2 預緊力加載方法及其分析
        2.2.1 預緊力單元法
        2.2.2 滲透法
        2.2.3 兩種加載方法與理論值的對比
    2.3 有限元計算模型及其分析
        2.3.1 計算模型及計算方法
        2.3.2 盤-盤彎曲剛度有限元計算結果分析
    2.4 本章小結
第3章 軸向溫度分布對轉子動力學特性的影響
    3.1 連接剛度的施加與臨界轉速計算
        3.1.1 盤-盤連接剛度施加方法
        3.1.2 彎曲剛度施加方法驗證
    3.2 轉子軸向溫度分析有限元模型
        3.2.1 梁單元在軸向溫度分布下的動力學模型
        3.2.2 具有軸向溫度分布的簡單轉子動態(tài)特性
    3.3 軸向溫度分布下考慮連接剛度的拉桿轉子動力學計算
        3.3.1 材料屬性變化對臨界轉速的影響
        3.3.2 溫度場對盤-盤連接剛度的影響
        3.3.3 軸向溫度分布對臨界轉速的影響
    3.4 本章小結
第4章 考慮連接剛度的轉子振動響應求解
    4.1 振動響應求解方法
        4.1.1 微分方程的改寫
        4.1.2 諧波平衡方程求解
        4.1.3 求解方法驗證
    4.2 整機轉子考慮連接剛度的諧響應分析
        4.2.1 轉子臨界轉速與響應分析
        4.2.2 各向異性連接剛度下的響應分析
        4.2.3 時變連接剛度下的響應分析
    4.3 故障模式下考慮連接剛度的轉子特性計算
        4.3.1 相軌跡與相空間
        4.3.2 龐加萊映射與分岔理論
        4.3.3 常微分初值問題的求解方法
    4.4 本章小結
第5章 考慮連接剛度的拉桿轉子動力學試驗設計
    5.1 試驗目的與試驗臺簡介
        5.1.1 試驗目的
        5.1.2 試驗臺簡介
        5.1.3 試驗件設計簡介
    5.2 試驗件與試驗條件設計
        5.2.1 拉桿預緊力大小設置準則
        5.2.2 接觸面狀態(tài)參數的確定
        5.2.3 應力取值與預緊力計算
    5.3 試驗設計
        5.3.1 動態(tài)試驗簡介
        5.3.2 模態(tài)試驗簡介
        5.3.3 彎曲剛度測試試驗簡介
        5.3.4 試驗中應考慮的誤差
    5.4 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 研究結論
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
附錄 有限元中溫度場加載的APDL語言
致謝
作者簡歷及攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]燃氣輪機拉桿轉子非線性動力學特性研究[J]. 達琦,袁奇,李浦.  西安交通大學學報. 2019(05)
[3]航空發(fā)動機螺栓連接載荷與結構參數對連接剛度影響規(guī)律[J]. 姚星宇,王建軍.  推進技術. 2017(02)
[4]具有局部非線性剛度的復雜轉子系統(tǒng)動力學模型及振動特性分析[J]. 于平超,馬艷紅,張大義,洪杰.  推進技術. 2016(12)
[5]拉桿組合轉子的剛度修正及動力學建模[J]. 盧明劍,孫巖樺,周健,趙世全,耿海鵬,王為民.  航空動力學報. 2016(09)
[6]磁流變阻尼器主動控制四跨轉子軸系振動研究[J]. 何立東,胡航領,馮浩然.  華中科技大學學報(自然科學版). 2016(08)
[7]航空發(fā)動機螺栓連接薄層單元建模方法[J]. 姚星宇,王建軍,翟學.  北京航空航天大學學報. 2015(12)
[8]關于重型燃氣輪機預測診斷與健康管理的研究綜述[J]. 蔣東翔,劉超,楊文廣,康維國.  熱能動力工程. 2015(02)
[9]支承剛度非線性轉子系統(tǒng)的不平衡響應[J]. 馬艷紅,何天元,張大義,洪杰.  航空動力學報. 2014(07)
[10]預緊飽和下盤式周向拉桿轉子-軸承系統(tǒng)動力學特性分析及實驗研究[J]. 盧明劍,耿海鵬,徐國徽,虞烈.  振動工程學報. 2014(01)

博士論文
[1]彈塑性接觸和溫度分布對拉桿轉子動力學特性的影響研究[D]. 何鵬.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[2]高速重載齒輪傳動熱彈變形及非線性耦合動力學研究[D]. 李紹彬.重慶大學 2004

碩士論文
[1]負載波動下組合轉子拉桿螺栓自松弛問題研究[D]. 楊鳴.中南大學 2014
[2]溫度場對航空發(fā)動機轉子系統(tǒng)動力學特性影響的研究[D]. 艾書民.沈陽航空航天大學 2012
[3]航空發(fā)動機轉子熱力耦合分析[D]. 占敏劍.東北大學 2010



本文編號：3702725