【摘要】：燃氣輪機技術被譽為先進制造業(yè)“王冠上的明珠”,是一個國家科技水平和綜合國力的重要標志之一。燃機整機以及轉子動力學建模分析是重型燃機設計中的關鍵技術之一,燃機氣缸作為燃機主體結構為轉子提供支撐,其動力學特性及其與轉子耦合動力學特性分析是燃機動力學設計的重要內容。由于重型燃機氣缸結構復雜、連接界面多,要實現(xiàn)統(tǒng)一、快速、有效的動力學建模,難度較大。本論文針對燃機動力學設計中面臨的實際問題和需求,結合典型重型燃氣輪機氣缸結構,重點研究燃機氣缸動力學建模方法,為燃機動力學設計提供支撐。論文的主要工作如下:針對某重型燃機氣缸復雜結構,基于模態(tài)頻率和振型近似的原則,具體針對氣缸壓氣機軸承支座、靜葉持環(huán)和燃燒室進行簡化,有效獲得燃機氣缸簡化模型;針對簡化模型,提出基于模化前后氣缸質量、剛度和極轉動慣量保持一致的�；椒�,將復雜氣缸結構模化成若干圓環(huán)結構,通過模態(tài)分析驗證其可行性,為燃機轉子動力學快速動力學建模與優(yōu)化設計,提供了有效手段。針對氣缸中分面和氣缸之間的界面螺栓連接,提出兩種模擬螺栓連接的結合面建模方法。首先方法采用螺栓結構有限元建模模擬實際螺栓連接,通過理論和試驗結果的對比驗證了其有效性;針對采用實體螺栓建模進行整體動力學分析的局限性,繼而提出了等效結合面的動力學建模方法,考慮了結合面法向與切向特征的相互作用,采用赫茲接觸理論和分形理論推導出一組等效彈性模量、泊松比和密度等力學參數(shù)的解析解。采用有限元結構動力學建模方法,利用獲得的等效力學參數(shù),建立含等效結合面的氣缸動力學模型,通過模態(tài)求解驗證了兩種方法的一致性。針對實際某型燃機燃燒室氣缸,加工了縮比試驗件,試驗研究了中分面法蘭螺栓預緊力對氣缸模態(tài)頻率和振型的影響,通過與所建動力學模型的模態(tài)分析結果對比,驗證了所提出的建模方法的有效性。利用所提出的方法分析研究了螺栓預緊力和摩擦系數(shù)對氣缸整體結構模態(tài)的影響規(guī)律�；谒岢龅臍飧捉７椒�,建立了包括壓氣機支撐、透平支撐、壓氣機軸承以及透平軸承在內的整機有限元模型;探究了預緊力大小對氣缸軸承處動剛度的影響規(guī)律;建立了燃機轉子動力學模型,分析了氣缸動剛度對轉子動力學特性的影響。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TK471
【圖文】：

（b）燃氣輪機三個主要缸體結構圖圖 1- 1 燃氣輪機實物結構圖Fig.1-1 Structure of The Gas Turbine 國內外研究現(xiàn)狀 螺栓結合面動力學建模研究現(xiàn)狀燃機氣缸各部件之間的螺栓數(shù)目眾多，如果用實體螺栓連接，從建模角度考作量巨大，仿真分析角度考慮占用資源過多，且分析周期較長，需要大量的物力。所以探究出一種代替實體螺栓連接的方法顯得尤為必要。研究螺栓連構接觸面的目的主要是：研究出一種考慮連接面之間的接觸剛度和阻尼的方以保證氣缸結構的完整性；分析螺栓預緊力對燃機氣缸和轉子系統(tǒng)動力學行影響。因此如何處理這些螺栓連接結構接觸面是燃機氣缸結構和轉子動力學

壓氣機靜葉持環(huán)原始模型圖 (b) 壓氣機靜葉持環(huán)簡化模型圖圖 2- 1 壓氣機靜葉持環(huán)三維模型Fig. 2-1 3D model of compressor blade carrier仿真的精確度很大程度取決于網(wǎng)格的劃分精確程度，比如網(wǎng)格類型都對仿真結果有著巨大的影響�？紤]到本章分析的是如何保證簡化前后的模型在網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)格類型上保持一致即可章采用一階四面體單元 Solid185，網(wǎng)格尺寸均為 50mm。圖 環(huán)有限元模型。

(a) 壓氣機靜葉持環(huán)原始模型圖 (b) 壓氣機靜葉持環(huán)簡化模型圖 2- 1 壓氣機靜葉持環(huán)三維模型Fig. 2-1 3D model of compressor blade carrier劃分限元仿真的精確度很大程度取決于網(wǎng)格的劃分精確程度，比如網(wǎng)單元類型都對仿真結果有著巨大的影響�？紤]到本章分析的是如要保證簡化前后的模型在網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)格類型上保持一致即，本章采用一階四面體單元 Solid185，網(wǎng)格尺寸均為 50mm。圖葉持環(huán)有限元模型。

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2765157