基于板結(jié)構(gòu)理論的旋轉(zhuǎn)葉片-機匣碰摩動力學特性研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機械在軍用以及民用設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用，如:航空、航天和動力等領(lǐng)域。在發(fā)動機研究領(lǐng)域當中，一方面，為了提高發(fā)動機動力以及壓氣效率，要使葉片與機匣內(nèi)壁間隙盡量小;另一方面，葉片旋轉(zhuǎn)時，在離心力與氣動載荷作用下，葉片會發(fā)生變形，這樣可能會導致葉尖與機匣發(fā)生碰摩，引起發(fā)動機故障。葉片-機匣碰摩是一個非常復雜的過程，因此研究葉片-機匣碰摩機理及動力學特性具有重要的理論意義。
　　本文主要以旋轉(zhuǎn)葉片-機匣為研究對象，基于能量法、Hami

2、lton變分原理以及伽遼金截斷法，建立多載荷作用下的旋轉(zhuǎn)葉片動力學模型。研究不同外激勵下葉片及機匣的振動特性，分析了葉片和機匣在離心力、氣動力以及不同碰摩情況如:線碰摩(沿著整個葉尖寬度碰摩）、點碰摩和局部碰摩下的葉片的振動響應(yīng)。本文主要開展了以下幾方面工作:
　　(1)基于板殼振動理論及板的能量方程，采用Hamilton變分原理建立多載荷作用下的懸臂板數(shù)學模型，模型中考慮了離心剛化，旋轉(zhuǎn)軟化以及科氏力等特性。同時對葉片進行模態(tài)測

3、試試驗，通過與試驗結(jié)果以及有限元結(jié)果對比，驗證了本文所開發(fā)的懸臂板葉片模型的準確性。
　　(2)建立考慮碰摩的懸臂板-機匣耦合動力學模型，分析了等厚度葉片在碰摩力、離心力和氣動力作用下的葉片振動響應(yīng)。討論了葉片的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、葉尖與機匣的最小間隙、機匣剛度等因素對葉片及機匣振動響應(yīng)的影響。
　　(3)建立了更接近真實葉片的變厚度葉片模型，分析變厚度葉片在碰摩力、離心力和氣動力作用下系統(tǒng)的振動響應(yīng)，討論了葉片旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、葉尖與機匣的

4、最小間隙、機匣剛度等因素對葉片及機匣振動響應(yīng)的影響，分析了變厚度葉片的振動響應(yīng)。
　　(4)當葉片圓盤與旋轉(zhuǎn)軸安裝出現(xiàn)角度不對中時，引起葉尖不同位置與機匣內(nèi)壁間距不等，在離心力，氣動力作用下葉尖與機匣可能發(fā)生點碰摩及局部碰摩。本文在給定不對中角的情況下判定了碰摩形式，分析了葉片-機匣發(fā)生點碰摩、局部碰摩及在升速過程中葉片的振動響應(yīng)。
　　(5)通過葉片局部碰摩的試驗，分析了轉(zhuǎn)速、葉片侵入量以及不同機匣材料對葉片振動響應(yīng)的影響