旋轉(zhuǎn)柔性帶冠葉片碰撞振動(dòng)特征研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)柔性葉片是在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中,將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要裝置之一。為避免由于振動(dòng)問(wèn)題而造成的葉片失效,工程中常采用為葉片加裝葉冠裝置,通過(guò)葉冠之間的碰撞和摩擦作用消耗振動(dòng)能量,從而達(dá)到減緩旋轉(zhuǎn)柔性葉片振動(dòng)的目的。由于柔性葉片的高速旋轉(zhuǎn),以及葉冠間的接觸碰撞等因素,使其動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)具有動(dòng)力剛化和非光滑特性,其非線性動(dòng)力學(xué)行為十分復(fù)雜,常有叉形分岔、擦邊分岔、倍周期分岔、陣發(fā)性混沌運(yùn)動(dòng)等夾雜發(fā)生的現(xiàn)象。這些因素對(duì)分析旋轉(zhuǎn)柔性帶冠葉片的碰撞減振

2、機(jī)理和探索動(dòng)力學(xué)行為及其演變規(guī)律提出了更高的要求。本文考慮高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與帶冠葉片彈性振動(dòng)的強(qiáng)耦合關(guān)系,結(jié)合非光滑動(dòng)力系統(tǒng)的分析方法對(duì)旋轉(zhuǎn)柔性帶冠葉片的碰撞振動(dòng)機(jī)理開(kāi)展研究,具體內(nèi)容包括:
　　結(jié)合帶冠葉片所處的高速旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài),計(jì)及動(dòng)力剛化的影響,建立柔性旋轉(zhuǎn)帶冠葉片的動(dòng)力學(xué)模型。應(yīng)用Frobenius方法推導(dǎo)出受動(dòng)力剛化影響的旋轉(zhuǎn)帶冠葉片橫向振動(dòng)的動(dòng)頻及動(dòng)態(tài)振型函數(shù)的表達(dá)式,并證明了所得模態(tài)函數(shù)的正交性。結(jié)合這種模態(tài)函數(shù),利用G

3、alerkin方法對(duì)偏微分動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行離散,提出一種計(jì)算動(dòng)態(tài)接觸剛度的方法,并應(yīng)用平均法計(jì)算尾流激勵(lì)下旋轉(zhuǎn)帶冠葉片的碰撞振動(dòng)主共振響應(yīng)。將相鄰葉冠間隙、激勵(lì)力幅值、葉片寬度、厚度和長(zhǎng)度作為可調(diào)參數(shù),分析系統(tǒng)的非線性現(xiàn)象,研究旋轉(zhuǎn)帶冠葉片的碰撞減振機(jī)理以及結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)碰撞振動(dòng)問(wèn)題的影響。
　　考慮葉冠間隙非對(duì)稱的情況,將葉冠質(zhì)量對(duì)旋轉(zhuǎn)柔性葉片固有特性的影響等效到邊界條件中,研究動(dòng)力剛化作用下的動(dòng)頻及相應(yīng)的模態(tài)和動(dòng)態(tài)接觸剛度。采用

4、近似解析方法求解非對(duì)稱間隙旋轉(zhuǎn)帶冠葉片在主共振、亞諧波共振和超諧波共振情況下的非線性動(dòng)力學(xué)響應(yīng),分析非對(duì)稱間隙比等結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)系統(tǒng)幅頻特性的影響規(guī)律,研究非對(duì)稱間隙情況下旋轉(zhuǎn)柔性帶冠葉片的非線性動(dòng)力學(xué)特性及碰撞減振機(jī)理。隨后探討了非對(duì)稱間隙的參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)帶冠葉片減振性能的影響。
　　根據(jù)旋轉(zhuǎn)帶冠葉片的動(dòng)力學(xué)模型,采用與取前三階模態(tài)進(jìn)行離散的結(jié)果對(duì)比的方法,給出僅取最低階模態(tài)離散的適用范圍和精確程度。然后結(jié)合Floquet理論,獲取

5、系統(tǒng)特征值的解析表達(dá)式,提出一種帶冠葉片碰撞振動(dòng)系統(tǒng)的周期運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性判定方法,進(jìn)而對(duì)帶冠葉片碰撞振動(dòng)系統(tǒng)擦邊分岔臨界值的解析解法進(jìn)行研究。數(shù)值仿真結(jié)果用于分析系統(tǒng)周期運(yùn)動(dòng)的擦邊分岔、叉式分岔、倍周期分岔與混沌現(xiàn)象等,并研究了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、相鄰葉冠間隙等系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)對(duì)周期解穩(wěn)定性造成的影響。
　　考慮到帶冠葉片需要成組工作才能完成熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的任務(wù),因此建立了成組帶冠葉片的動(dòng)力學(xué)模型,應(yīng)用動(dòng)量法來(lái)描述葉冠間的相互作用,并選取成組葉