薄壁圓柱殼的振動特性及其篦齒結(jié)構(gòu)影響研究.pdf

1、薄壁殼體類結(jié)構(gòu)在工程中應用廣泛，例如在汽輪機等旋轉(zhuǎn)機械實際服役過程中，廣泛應用著盤鼓結(jié)構(gòu)和篦齒封嚴組件等薄壁圓柱殼構(gòu)件，在非工況條件下的薄壁圓柱殼可簡化為靜止態(tài)的圓柱殼模型，在工況條件下的薄壁圓柱殼可簡化為旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼模型來研究。由于工作環(huán)境惡劣，例如邊界條件、高速旋轉(zhuǎn)和外部復雜載荷條件等，振動行為比較復雜，容易產(chǎn)生共振和失穩(wěn)，甚至在低于設計轉(zhuǎn)速的工況下都可能導致顯著的疲勞損傷等故障，影響機器的工作效率和運行可靠性，造成設備的破壞和

2、報廢。因此，靜止態(tài)和旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼以及帶有篦齒薄壁圓柱殼振動特性的機理研究是目前理論和工程技術(shù)領(lǐng)域的重要課題之一，具有重要的理論和工程應用價值。
　　本文針對靜止態(tài)和旋轉(zhuǎn)態(tài)的薄壁圓柱殼構(gòu)件，綜合運用理論方法、數(shù)值仿真計算和振動試驗測試方法，對不同邊界條件下靜止態(tài)和旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼的固有特性和響應行為進行了分析，獲得了薄壁圓柱殼的解析解、數(shù)值解和測試結(jié)果，同時考慮了帶有篦齒時薄壁圓柱殼的振動特性及其對薄壁圓柱殼的影響。本文主要完成

3、了以下幾方面內(nèi)容:
　　(1)根據(jù)Love殼體理論，針對兩端簡支、兩端固支和一端固支一端自由邊界條件下的靜止態(tài)薄壁圓柱殼，通過傳遞矩陣法方法對模態(tài)振動特性進行了研究，并通過文獻、解析法進行了比較研究，最后通過固支-自由邊界條件下靜止態(tài)薄壁圓柱殼的模態(tài)試驗測試和有限元仿真進行了有效性驗證;同時，通過傳遞矩陣法分析了帶篦齒薄壁圓柱殼的模態(tài)特性及其對光滑薄壁圓柱殼構(gòu)件模態(tài)特性的影響，并采用有限元法進行了確認，通過試驗研究了帶篦齒薄壁圓柱

4、殼的模態(tài)特性。
　　(2)針對旋轉(zhuǎn)態(tài)的薄壁圓柱殼，通過Hamilton變分原理推導了動力學平衡方程，模型中引入了離心力和科氏力的作用，利用傳遞矩陣法分析了兩端簡支、兩端固支和一端固支一端自由邊界條件下的行波特性，并通過解析法和有限元法進行了比較和確認分析;同時，研究了帶篦齒旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼模態(tài)特性的變化規(guī)律及其對旋轉(zhuǎn)態(tài)光滑薄壁圓柱殼行波特性的影響，并通過有限元法對帶篦齒旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼的行波特性進行了確認。
　　(3)針對兩

5、端簡支、兩端固支和一端固支一端自由邊界條件下的靜止態(tài)薄壁圓柱殼，利用振型疊加法，通過Duhamel積分和Simpson數(shù)值計算方法，得到受到徑向諧波激勵和沖擊激勵時靜止態(tài)薄壁圓柱殼的振動響應特性，然后通過搭建的響應測試系統(tǒng)和有限元法，對固支-自由邊界條件下的共振響應行為進行了驗證;然后，通過有限元仿真獲得了帶篦齒靜止態(tài)薄壁圓柱殼的響應特征及其對靜止態(tài)光滑薄壁圓柱殼振動響應的影響，并對帶篦齒靜止態(tài)薄壁圓柱殼的振動行為進行了試驗研究。

6、>　　(4)在兩端簡支、兩端固支和固支-自由邊界條件下，針對旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼在單點諧波激勵下的強迫振動響應問題，考慮振型函數(shù)的正交性，計算得到了兩個能獨立求解的二階微分方程，利用解析法分析了旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼的振動響應特性，并得到了相應的共振頻率表達式，通過有限元法對固支-自由邊界條件下旋轉(zhuǎn)態(tài)薄壁圓柱殼的振動響應特性進行了確認;最后，通過有限元仿真研究了帶篦齒旋轉(zhuǎn)態(tài)懸臂薄壁圓柱殼在單點激勵下的強迫振動響應特性及其對旋轉(zhuǎn)態(tài)光滑薄壁圓柱殼的影