带有粘弹阻尼块及考虑叶根摩擦的叶片固有特性及响应分析

发布时间：2017-04-13 08:12

  本文关键词：带有粘弹阻尼块及考虑叶根摩擦的叶片固有特性及响应分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：叶片是叶轮机械的关键部件,对叶轮机械的安全运行至关重要。振动及由此引起的振动疲劳损伤是导致旋转机械叶片失效的一个重要原因。利用粘弹阻尼材料是有效抑制叶片振动、降低叶片动应力的重要途径。同时,叶根部位的接触摩擦机制(存在于榫头榫槽之间),对叶片振动特性有着直接的影响。本文基于振动理论,对带有粘弹阻尼块及考虑叶根接触摩擦因素的叶片的固有特性和响应特性进行解析分析,所得结果对于深入了解叶片振动特性、指导工程设计具有重要意义。主要的研究内容有：(1)对叶根带有粘弹阻尼块的叶片系统进行振动分析。基于复模量模型表征粘弹阻尼材料的本构关系,推导了粘弹阻尼块的刚度特性。分别基于单自由度假设和悬臂梁假设建立了叶根带有粘弹阻尼块的叶片动力学模型,并对粘弹阻尼块-叶片系统的固有特性及忽略叶片自身阻尼和包含叶片自身阻尼两种情况下的响应进行分析。(2)对基于单自由度假设和悬臂梁假设的、叶根带有粘弹阻尼块的叶片动力学模型模型进行固有特性及响应的对比分析。解析计算结果以及测试数据表明,这两种模型均具有合理性,有效体现出叶片加装粘弹阻尼块后共振频率稍有降低,共振响应幅值大幅下降的特性。对叶片系统固有特性影响因素的分析表明,随着粘弹阻尼块厚度的增加、储能模量、损耗因子的增加,粘弹阻尼块-叶片的固有频率降低,模态阻尼比上升；随着旋转角转速的升高,粘弹阻尼块-叶片的固有频率增加,而模态阻尼比明显下降。对叶片系统响应特性影响因素的分析表明,随粘弹阻尼块厚度的增加,粘弹阻尼块-叶片共振响应幅值下降；随粘弹阻尼块储能模量及损耗因子的增加,随转速上升,粘弹阻尼块-叶片的共振响应幅值上升。(3)对考虑榫头榫槽接触摩擦的叶片进行振动分析。提出了用弹簧和粘性阻尼器表征叶片榫头榫槽接触面间法向压力且符合Coulomb摩擦原理的模型,基于悬臂梁假设建立了考虑叶根榫连接触摩擦的的叶片动力学模型。利用Galerkin法对考虑叶根摩擦的叶片系统动力学方程进行离散,进而求得叶片系统在周期激励下的强迫响应。分析了叶根干摩擦对叶片的减振效果,影响参数分析表明,榫连部位法向刚度及法向阻尼的增加不利于减振,而摩擦系数对叶片的固有频率和共振响应影响微弱。测试结果验证了理论分析的合理性。
【关键词】：叶片 粘弹阻尼 摩擦阻尼 固有频率 损耗因子 共振响应
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 目的与意义12
• 1.2 国内外研究现状与评述12-17
• 1.2.1 叶片振动分析的国内外研究现状与评述12-13
• 1.2.2 粘弹阻尼减振分析的国内外研究现状与评述13-14
• 1.2.3 干摩擦阻尼减振分析的国内外研究现状与评述14-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第2章 带有粘弹阻尼块的叶片振动分析方法18-40
• 2.1 引言18
• 2.2 分析对象18-19
• 2.3 粘弹阻尼块的性能及表征19-22
• 2.3.1 基于复模量模型的粘弹阻尼材料动态力学特性19-21
• 2.3.2 粘弹阻尼材料的刚度特性分析21-22
• 2.4 基于单自由度假设的粘弹阻尼块-叶片系统建模22-23
• 2.4.1 叶片单自由度力学模型建立22-23
• 2.4.2 粘弹阻尼块-叶片单自由度系统振动方程23
• 2.5 基于单自由度假设的粘弹阻尼块-叶片系统振动方程求解23-25
• 2.5.1 固有特性求解23-24
• 2.5.2 响应求解24-25
• 2.6 基于悬臂梁假设的粘弹阻尼块-叶片系统建模25-31
• 2.6.1 叶片悬臂梁简化力学模型25-27
• 2.6.2 基于悬臂梁假设的粘弹阻尼块-叶片振动方程27-31
• 2.7 基于悬臂梁假设的粘弹阻尼块-叶片系统振动方程求解31-39
• 2.7.1 Galerkin离散31-32
• 2.7.2 叶片动力学方程求解32-39
• 2.8 本章小结39-40
• 第3章 粘弹阻尼块-叶片动力学模型对比及振动特性影响参数分析40-58
• 3.1 引言40
• 3.2 基于实验数据的粘弹阻尼块-叶片系统模型简化40-42
• 3.2.1 叶片单自由度模型简化41
• 3.2.2 叶片悬臂梁模型简化41-42
• 3.3 粘弹阻尼块-叶片系统解析模型对比分析42-50
• 3.3.1 基于单自由度假设的共振特性42-45
• 3.3.2 基于悬臂梁假设的共振特性45-48
• 3.3.3 解析解与实验结果的对比48-50
• 3.4 粘弹阻尼块参数对叶片固有特性及响应的影响50-54
• 3.4.1 粘弹阻尼块厚度的影响50-52
• 3.4.2 粘弹阻尼块储能弹性模量的影响52-53
• 3.4.3 粘弹阻尼块损耗因子的影响53-54
• 3.5 旋转角速度对粘弹阻尼块-叶片系统固有特性及响应的影响54-56
• 3.6 本章小结56-58
• 第4章 基于悬臂梁假设的考虑叶根摩擦的叶片振动分析58-70
• 4.1 引言58
• 4.2 考虑叶根接触摩擦的叶片简化力学模型58-60
• 4.3 叶根接触摩擦作用60-61
• 4.4 考虑叶根接触摩擦的叶片运动控制方程61-62
• 4.5 考虑叶根接触摩擦的叶片运动方程的求解方法62-63
• 4.6 分析实例63-68
• 4.6.1 共振特性63-65
• 4.6.2 接触参数对系统响应特性的影响65-67
• 4.6.3 旋转角速度对考虑叶根接触摩擦的叶片振动特性的影响67-68
• 4.7 本章小结68-70
• 第5章 结论与展望70-72
• 5.1 结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

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本文编号：303177