本文關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)自帶冠葉片斜碰撞振動(dòng)的研究

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【摘要】：自帶冠葉片是從位于葉尖的凸肩結(jié)構(gòu)演變而來的,更便于設(shè)計(jì)順暢的通流部分,減少葉頂氣流泄漏,提高效率,并且已在多臺(tái)汽輪機(jī)上安全應(yīng)用近20年。自帶冠葉片冠間碰摩振動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為、減振機(jī)理和減振效果的研究仍處于探索階段,因此對這類結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性動(dòng)力學(xué)和減振機(jī)理的深入研究,不僅對含間隙的汽輪機(jī)自帶冠葉片的可靠性設(shè)計(jì)是重要的,還可以進(jìn)一步推廣到其它葉輪機(jī)械中,解決了產(chǎn)品自主設(shè)計(jì)的關(guān)鍵力學(xué)問題。本文主要研究工作和成果包括以下幾個(gè)部分。1.介紹和推導(dǎo)研究碰撞振動(dòng)系統(tǒng)的映射方法及其在斜碰撞振動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,說明了碰撞振動(dòng)系統(tǒng)各種經(jīng)典和非經(jīng)典的分岔類型、判斷依據(jù)及差異,并討了論瞬間假設(shè)的適用范圍,斜碰撞與正碰撞的相同點(diǎn)及差異。2.把自帶冠葉片簡化為碰撞面為斜坡面的彈簧—質(zhì)量塊系統(tǒng),采用Coulomb摩擦模型,選取碰撞面為Poincaré截面,研究了映射過程的周期性條件,并討論了單碰周期n運(yùn)動(dòng)的存在條件;用半解析法得到映射P的Jacobi矩陣DP在不動(dòng)點(diǎn)處特征值。研究表明,斜碰撞振動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)經(jīng)歷了倍周期分岔、N-S分岔和靜態(tài)分岔等經(jīng)典分岔。3.通過數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了系統(tǒng)單碰周期振動(dòng)的穩(wěn)定性,計(jì)算得到分岔圖,Poincaré映射圖和相圖,揭示了不同控制參數(shù)(如外激力頻率,外激力幅值比,振子平均間距和外激力相位差等)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)碰撞振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。倍周期分岔使得系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)周期碰撞振動(dòng)產(chǎn)生多種類型的轉(zhuǎn)換,Hopf分岔使得系統(tǒng)周期碰撞振動(dòng)經(jīng)由概周期振動(dòng)進(jìn)入混沌區(qū)域。同時(shí),由于碰撞引起的非光滑不連續(xù)性,還存在跳躍,邊界激變,碰撞突然消失等非經(jīng)典分岔,其中邊界激變使得系統(tǒng)直接進(jìn)入混沌。4.將帶冠葉片簡化為自由端帶集中質(zhì)量的懸臂梁模型,根據(jù)Hamilton原理求得系統(tǒng)非碰撞時(shí)的偏微分方程,并采用Galerkin截?cái)?選取二階陣型進(jìn)行離散降維,將偏微分動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為常微分方程,基于系統(tǒng)非碰撞時(shí)動(dòng)力學(xué)方程導(dǎo)出碰撞時(shí)系統(tǒng)的廣義沖量-動(dòng)量方程,與碰撞恢復(fù)系數(shù)方程相結(jié)合求出碰撞動(dòng)力學(xué)響應(yīng);計(jì)算三個(gè)自由端帶集中質(zhì)量懸臂梁的斜碰撞振動(dòng)響應(yīng),求得分岔圖,Poincaré映射圖和相圖,揭示了外激力頻率ω對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)碰撞振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。在同一個(gè)ω區(qū)間,梁1-2和梁2-3之間的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有一致性,同時(shí)為周期碰撞運(yùn)動(dòng)或混沌運(yùn)動(dòng),并且分岔類型一致;相圖顯示中間梁的碰撞次數(shù)是兩邊梁碰撞次數(shù)之和,與工程實(shí)際相符合。5.采用線性彈簧和非線性阻尼模型確定接觸過程中的法向接觸力,用Coulomb摩擦和切向接觸剛度描述切向摩擦力,數(shù)值計(jì)算得到摩擦力時(shí)間歷程圖,揭示了系統(tǒng)粘滯運(yùn)動(dòng)的起止時(shí)刻和時(shí)間及切向運(yùn)動(dòng)逆向的時(shí)刻和次數(shù);計(jì)算中間梁給定位置的位移均方根和幅值均方根,找到減振效果最好的平均間隙。
【關(guān)鍵詞】：自帶冠葉片 非線性振動(dòng) 斜碰撞 周期碰撞振動(dòng) 概周期運(yùn)動(dòng) 分岔 接觸力
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK261
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-13
• 字母注釋表13-14
• 第一章 緒論14-25
• 1.1 本文研究背景和意義14-18
• 1.1.1 碰撞動(dòng)力學(xué)研究背景、現(xiàn)狀和意義14-16
• 1.1.2 自帶冠葉片碰撞振動(dòng)的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2 碰撞振動(dòng)分析18-21
• 1.2.1 碰撞過程處理方法18-20
• 1.2.2 碰撞振動(dòng)的研究方法20-21
• 1.3 斜碰撞振動(dòng)的研究及發(fā)展方向21-23
• 1.4 本文關(guān)注的問題及工作內(nèi)容和安排23-25
• 第二章 碰撞振動(dòng)系統(tǒng)基本理論25-37
• 2.1 碰撞振動(dòng)非線性動(dòng)力學(xué)25-31
• 2.1.1 碰撞動(dòng)力系統(tǒng)25-27
• 2.1.2 動(dòng)力系統(tǒng)的Poincaré映射27-29
• 2.1.3 碰撞動(dòng)力系統(tǒng)的映射方法29-31
• 2.2 碰撞動(dòng)力系統(tǒng)的不穩(wěn)定性和分岔31-33
• 2.2.1 擦邊引起的不穩(wěn)定性31-32
• 2.2.2 碰撞振動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的分岔32-33
• 2.3 斜碰撞振動(dòng)33-36
• 2.3.1 瞬時(shí)碰撞33-34
• 2.3.2 滑動(dòng)碰撞34-35
• 2.3.3 連續(xù)碰撞35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 帶冠葉片斜碰撞振動(dòng)的穩(wěn)定性37-47
• 3.1 帶冠葉片斜碰撞振動(dòng)模型37-40
• 3.1.1 系統(tǒng)非碰撞振動(dòng)模型37-39
• 3.1.2 碰撞前后狀態(tài)關(guān)系39-40
• 3.2 單碰周期n運(yùn)動(dòng)(1/n)的穩(wěn)定性分析40-45
• 3.2.1 斜碰撞系統(tǒng)的Poincaré映射過程40-42
• 3.2.2 單碰周期n運(yùn)動(dòng)(1/n)的存在性分析42-43
• 3.2.3 穩(wěn)定性分析43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-47
• 第四章 帶冠葉片斜碰撞振動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)值分析47-81
• 4.1 四階Runge-Kutta法計(jì)算程序47-48
• 4.2 外激力頻率對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響48-67
• 4.2.1 低倍頻附近系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)48-55
• 4.2.2 高倍頻處系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)55-67
• 4.3 其它參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響67-78
• 4.3.1 外激力幅值比對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響67-70
• 4.3.2 平均間隙對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響70-72
• 4.3.3 相位差對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響72-78
• 4.4 摩擦對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的影響78-79
• 4.5 本章小結(jié)79-81
• 第五章 彈性帶冠葉片斜碰撞動(dòng)力學(xué)81-101
• 5.1 三個(gè)帶冠葉片之間的碰撞振動(dòng)81-85
• 5.1.1 碰撞振動(dòng)模型81-83
• 5.1.2 懸臂梁縱向彎曲振動(dòng)的模態(tài)83-85
• 5.2 兩階模態(tài)降維及數(shù)值計(jì)算85-99
• 5.2.1 對梁進(jìn)行降維85-86
• 5.2.2 低倍頻附近系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)86-91
• 5.2.3 高倍頻處系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)91-99
• 5.3 本章小結(jié)99-101
• 第六章 帶冠葉片含摩擦的斜碰撞振動(dòng)101-111
• 6.1 碰摩振動(dòng)模型101-105
• 6.1.1 法向接觸力102-103
• 6.1.2 切向摩擦力103-105
• 6.1.3 系統(tǒng)碰摩運(yùn)動(dòng)偏微分方程105
• 6.2 兩階模態(tài)降維及數(shù)值計(jì)算105-110
• 6.2.1 對梁進(jìn)行降維105-106
• 6.2.2 簡諧激勵(lì)下系統(tǒng)瞬態(tài)時(shí)碰撞力特征106-109
• 6.2.3 斜碰撞減振研究109-110
• 6.3 本章小節(jié)110-111
• 第七章 全文總結(jié)與展望111-114
• 7.1 全文總結(jié)111-113
• 7.2 展望113-114
• 參考文獻(xiàn)114-120
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明120-121
• 附錄121-128
• 致謝128-129

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