【摘要】：本文針對旋轉(zhuǎn)葉片剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)的動力學(xué)問題,基于廣義Hamilton原理,以混合坐標(biāo)法建立了由中心剛性圓盤及柔性葉片組成的旋轉(zhuǎn)剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)模型,研究了旋轉(zhuǎn)葉片大范圍轉(zhuǎn)動對柔性葉片變形運動的影響。同時,研究了柔性葉片沿長度方向預(yù)扭角的變化、截面尺寸的變化對自身變形運動的影響。在大范圍運動的柔性葉片變形場的描述中,不僅考慮了旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)及垂直于旋轉(zhuǎn)平面方向上的由彎曲引起的橫向變形,還考慮了這兩個方向上由剪切引起的橫向變形,并計及了葉片大范圍轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力在橫向彎曲變形引起的軸向縮短量上的離心力勢能。 基于Hamilton變分原理導(dǎo)出了大范圍運動時旋轉(zhuǎn)葉片系統(tǒng)剛?cè)狁詈线B續(xù)動力學(xué)方程,該方程是一組非線性偏微分積分方程組,并采用有限元法對連續(xù)動力學(xué)方程進行離散,推導(dǎo)了帶有預(yù)扭角、變截面,考慮剪切變形、截面轉(zhuǎn)角及離心剛化效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)葉片系統(tǒng)非線性、時變、耦合的有限維離散動力學(xué)方程,基于有限維離散動力學(xué)方程,研究了旋轉(zhuǎn)葉片在加速過程中預(yù)扭角變化、葉片長度變化、剛性圓盤半徑變化、截面尺寸變化、轉(zhuǎn)速變化等物理因素對葉片動力學(xué)性態(tài)的影響。研究了旋轉(zhuǎn)葉片在穩(wěn)速過程中受沖擊作用時,預(yù)扭角的變化對葉片動力學(xué)性態(tài)的影響。首次將恒定轉(zhuǎn)速下葉片受到周期性變化的擾動力,引入到本文所推導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)葉片系統(tǒng)非線性、時變、耦合的動力學(xué)方程中,并編制了兼容性、擴展性強的通用計算程序�；跔顟B(tài)空間法對旋轉(zhuǎn)葉片剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)進行了頻率分析和穩(wěn)定性分析,研究了中心剛體大范圍運動對柔性葉片變形運動振動頻率的影響,研究了葉片轉(zhuǎn)速對位移響應(yīng)的穩(wěn)定性的影響,并給出了數(shù)值仿真結(jié)果。 研究結(jié)果表明,加速過程中葉片預(yù)扭角、截面尺寸參數(shù)的改變對葉片端部位移響應(yīng)影響較小,而葉片在穩(wěn)速過程中受到?jīng)_擊作用時,預(yù)扭角對葉片端部在垂直于旋轉(zhuǎn)平面方向上的橫向位移有很大影響。并且,一個微小的低頻周期性擾動力,就會使得帶有預(yù)扭角的葉片在垂直于旋轉(zhuǎn)平面方向上產(chǎn)生較大的橫向位移,甚至發(fā)散。這種垂直于旋轉(zhuǎn)平面方向上的橫向位移會造成葉片在運行中碰擦側(cè)壁,易發(fā)生斷裂事故。同時,研究結(jié)果也表明,材料質(zhì)量密度較大的葉片,其動頻率隨轉(zhuǎn)速增加而增加,表現(xiàn)為動力剛化效應(yīng)；材料質(zhì)量密度較小的葉片,其一階頻率在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)隨轉(zhuǎn)速增加而減小,出現(xiàn)了動力柔化現(xiàn)象。葉片截面尺寸沿長度方向變小,其模態(tài)頻率降低,動力柔化效應(yīng)提前。這種情況同樣會引起葉片振動幅值增大而碰擦側(cè)壁。 本文建立了考慮多種物理因素影響的以中心剛性圓盤及柔性葉片組成的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)模型及方程,該模型及方程可以用于解決非慣性系下大范圍運動旋轉(zhuǎn)柔性葉片剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)問題,本文的研究方法具有一定的理論意義及工程應(yīng)用價值,本文的研究結(jié)果對工程中葉片的理論分析及設(shè)計計算具有一定的參考價值。
【圖文】：

4.葉片做無阻尼自由振動。2.2.1非’}貫性系下變形位移描述圖2.1所示是一個由中心剛性圓盤和柔性葉片組成的典型的剛?cè)岬満舷到y(tǒng)。中心剛性圓盤可在旋轉(zhuǎn)平面(即砂平面)內(nèi)繞口點做大范圍旋轉(zhuǎn)運動，0為圓盤旋轉(zhuǎn)運動的角位移�？谌fy為’盼勝坐標(biāo)系;。長夢為浮動坐標(biāo)系，固結(jié)在未變形的葉片上，隨葉片一起轉(zhuǎn)動。設(shè)R為剛性圓盤半徑，I。為圓盤轉(zhuǎn)動慣量，L為葉片長度，A為葉片橫截面面積，I為葉片截面對中性軸慣性矩，E為材料彈性模量

哈爾i賓卜程人學(xué)博十學(xué)位論文，，一‘·汀(韻一“(2一4)如圖2.2所示，設(shè)u為實際的軸向伸長量，則變形后的弧長口尸為口尸=x+u(2一5)比較式(2一4)和(2一5)，可得1矛/日v、一u’=u一一l!一l以尤ZJ。戈改/(2一6)圖2.2旋轉(zhuǎn)柔性時一片變形位移 Fig2.2Sketehofdeformationofarotatingflexibleblade_，__、一1矛/。v、2.~一_，一一一二~_，_，、_上。二
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH113

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李永強,郭星輝;氣輪機葉片振動響應(yīng)的數(shù)值分析[J];東北大學(xué)學(xué)報;2005年02期

2 楊建剛,高N

本文編號：2686264