壓縮機(jī)葉輪隨機(jī)振動建模與分析研究

1、碩士學(xué)位論文壓縮機(jī)葉輪隨機(jī)振動建模與分析研究S t u d y o nM o d e l i n g a n d A n a l y s i s f o r R a n d o m V i b r a t i o n o fC e n t r i f u g a l C o m p r e s s o r I m p e l l e r s學(xué) 2 1 2 0 3 0 2 1完成日期： 2 0 1 5 ．0 6 ．0 9大連理工大學(xué)D a

2、 l i a n U n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要葉輪是離心式壓縮機(jī)通過旋轉(zhuǎn)對氣體做功并使氣體壓縮的關(guān)鍵組件。氣體反作用于葉輪的壓力是典型的隨機(jī)激勵，因此葉輪受隨機(jī)氣動荷載作用的響應(yīng)求解即為典型的流固耦合問題。許多工程事故中，葉輪的破壞是由隨機(jī)氣動激勵作用下材料發(fā)生高周疲勞造成的。因此對葉輪開展動應(yīng)力分析具有防止疲勞破壞和驗(yàn)證葉輪可靠度的實(shí)際價值。以往工程

3、上葉輪動應(yīng)力分析主要采用靜荷載加載或5 ％靜壓值加載的方法，計(jì)算均存在缺陷。為了更準(zhǔn)確地計(jì)算葉輪的動強(qiáng)度，評定葉輪失效和疲勞破壞，本文開展了具有針對性的基于動力設(shè)計(jì)的離心式葉輪隨機(jī)振動問題研究，具體內(nèi)容如下t首先，采用單向弱耦合方法求解非定常氣動荷載作用下葉輪的流固耦合響應(yīng)，提取數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了動力計(jì)算的可信度。其次，針對葉輪流固耦合瞬態(tài)求解時，弱耦合流固交界面數(shù)據(jù)交換復(fù)雜及時域求解時間耗時較長等問題，提出了適用于任

4、意幾何形體的葉片的表面荷載快速建模方法，此方法基于工程流體計(jì)算經(jīng)驗(yàn)且滿足任意給定的數(shù)學(xué)假定。然后，文章引用求解結(jié)構(gòu)受平穩(wěn)隨機(jī)作用動響應(yīng)的虛擬激勵法，詳細(xì)介紹了虛擬激勵法基本原理，推導(dǎo)了多維多點(diǎn)虛擬激勵法的計(jì)算方法，給出了多維多點(diǎn)虛擬激勵法在A N S Y S 上實(shí)現(xiàn)的方法及流程。此后，采用第三、四章所述方法，開展了基于動力設(shè)計(jì)的半開式葉輪隨機(jī)問題實(shí)例分析。根據(jù)葉輪受完全不相干激勵時虛擬激勵法在A N S Y S 中的應(yīng)用方法，第一步通過

5、葉片表面荷載快速建模算法生成葉輪表面壓力的均值；第二步依照動應(yīng)變測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果的幅頻曲線確定設(shè)計(jì)氣動荷載的頻率成分，采用快速建立氣壓幅值任意的葉片表面荷載模型的算法，生成葉輪表面壓力脈動；第三步采用改進(jìn)周期圖法，通過編制M A T L A B程序?qū)θ~輪表面壓力脈動進(jìn)行功率譜估計(jì)，求得壓力功率譜；最后一步利用A N S Y S 諧響應(yīng)分析模塊對葉輪單扇區(qū)模型進(jìn)行分析，提取重點(diǎn)考察危險區(qū)域2 0 0 個節(jié)點(diǎn)位移及應(yīng)力功率譜，確定動響應(yīng)最大頻率