葉輪葉片振動(dòng)模態(tài)分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、模態(tài)分析是研究各種機(jī)械的動(dòng)態(tài)特性，建立動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化必不可少的一種分析技術(shù)。近年來在航空航天領(lǐng)域里顯示了巨大的作用，在葉輪機(jī)械部件振動(dòng)特性的研究中也取得了很好的效果。
　　 對(duì)葉輪葉片振動(dòng)特性進(jìn)行研究，模態(tài)分析是一種十分有效的方法。通過模態(tài)分析可以得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。一方面可以使葉輪工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離共振轉(zhuǎn)速，即避免外力頻率接近葉片固有頻率使葉片振動(dòng)劇烈產(chǎn)生疲勞損傷。另一方面，當(dāng)葉片結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，如出現(xiàn)裂紋、松動(dòng)、零

2、部件損害等情況，結(jié)構(gòu)物理參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，其特征參數(shù)如固有頻率、模態(tài)阻尼、振型、頻響函數(shù)、相干函數(shù)等亦隨之改變。根據(jù)這些參數(shù)的變化情況，可以判斷出故障類型，有時(shí)還可以判斷出故障位置。如根據(jù)模態(tài)頻率的變化判斷裂紋的出現(xiàn)，根據(jù)振型的分析判斷裂紋的位置。
　　 本文以葉輪葉片振動(dòng)分析理論為基礎(chǔ)，對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)、振型、固有頻率進(jìn)行了理論分析。利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)某實(shí)驗(yàn)葉輪進(jìn)行了模態(tài)分析。采用ANSYS仿真和基于應(yīng)變片測(cè)試實(shí)驗(yàn)兩種方

3、法研究了葉片在各種轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)應(yīng)變情況，給將來建立監(jiān)測(cè)葉輪葉片應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其故障診斷的系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。本文的具體工作如下：
　　 (1)介紹了葉輪葉片的結(jié)構(gòu)，對(duì)葉片的振型進(jìn)行了分析，并推導(dǎo)了葉片振動(dòng)的固有頻率計(jì)算公式。根據(jù)振動(dòng)學(xué)理論，建立了葉輪葉片振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程。
　　 (2)利用ANSYS有限元軟件對(duì)葉輪葉片進(jìn)行了模態(tài)分析，對(duì)前五階固有頻率進(jìn)行有限元計(jì)算，同時(shí)得到葉輪葉片前五階振型并詳細(xì)分析了葉片振動(dòng)的類型、變形和