【摘要】：本文針對旋轉葉片剛柔耦合系統(tǒng)的動力學問題,基于廣義Hamilton原理,以混合坐標法建立了由中心剛性圓盤及柔性葉片組成的旋轉剛柔耦合系統(tǒng)動力學模型,研究了旋轉葉片大范圍轉動對柔性葉片變形運動的影響。同時,研究了柔性葉片沿長度方向預扭角的變化、截面尺寸的變化對自身變形運動的影響。在大范圍運動的柔性葉片變形場的描述中,不僅考慮了旋轉平面內(nèi)及垂直于旋轉平面方向上的由彎曲引起的橫向變形,還考慮了這兩個方向上由剪切引起的橫向變形,并計及了葉片大范圍轉動產(chǎn)生的離心力在橫向彎曲變形引起的軸向縮短量上的離心力勢能。 基于Hamilton變分原理導出了大范圍運動時旋轉葉片系統(tǒng)剛柔耦合連續(xù)動力學方程,該方程是一組非線性偏微分積分方程組,并采用有限元法對連續(xù)動力學方程進行離散,推導了帶有預扭角、變截面,考慮剪切變形、截面轉角及離心剛化效應的旋轉葉片系統(tǒng)非線性、時變、耦合的有限維離散動力學方程,基于有限維離散動力學方程,研究了旋轉葉片在加速過程中預扭角變化、葉片長度變化、剛性圓盤半徑變化、截面尺寸變化、轉速變化等物理因素對葉片動力學性態(tài)的影響。研究了旋轉葉片在穩(wěn)速過程中受沖擊作用時,預扭角的變化對葉片動力學性態(tài)的影響。首次將恒定轉速下葉片受到周期性變化的擾動力,引入到本文所推導的旋轉葉片系統(tǒng)非線性、時變、耦合的動力學方程中,并編制了兼容性、擴展性強的通用計算程序�；跔顟B(tài)空間法對旋轉葉片剛柔耦合系統(tǒng)進行了頻率分析和穩(wěn)定性分析,研究了中心剛體大范圍運動對柔性葉片變形運動振動頻率的影響,研究了葉片轉速對位移響應的穩(wěn)定性的影響,并給出了數(shù)值仿真結果。 研究結果表明,加速過程中葉片預扭角、截面尺寸參數(shù)的改變對葉片端部位移響應影響較小,而葉片在穩(wěn)速過程中受到?jīng)_擊作用時,預扭角對葉片端部在垂直于旋轉平面方向上的橫向位移有很大影響。并且,一個微小的低頻周期性擾動力,就會使得帶有預扭角的葉片在垂直于旋轉平面方向上產(chǎn)生較大的橫向位移,甚至發(fā)散。這種垂直于旋轉平面方向上的橫向位移會造成葉片在運行中碰擦側壁,易發(fā)生斷裂事故。同時,研究結果也表明,材料質量密度較大的葉片,其動頻率隨轉速增加而增加,表現(xiàn)為動力剛化效應；材料質量密度較小的葉片,其一階頻率在某一轉速范圍內(nèi)隨轉速增加而減小,出現(xiàn)了動力柔化現(xiàn)象。葉片截面尺寸沿長度方向變小,其模態(tài)頻率降低,動力柔化效應提前。這種情況同樣會引起葉片振動幅值增大而碰擦側壁。 本文建立了考慮多種物理因素影響的以中心剛性圓盤及柔性葉片組成的剛柔耦合系統(tǒng)動力學模型及方程,該模型及方程可以用于解決非慣性系下大范圍運動旋轉柔性葉片剛柔耦合系統(tǒng)動力學問題,本文的研究方法具有一定的理論意義及工程應用價值,本文的研究結果對工程中葉片的理論分析及設計計算具有一定的參考價值。
【圖文】：

4.葉片做無阻尼自由振動。2.2.1非’}貫性系下變形位移描述圖2.1所示是一個由中心剛性圓盤和柔性葉片組成的典型的剛柔禍合系統(tǒng)。中心剛性圓盤可在旋轉平面(即砂平面)內(nèi)繞口點做大范圍旋轉運動，0為圓盤旋轉運動的角位移�？谌fy為’盼勝坐標系;。長夢為浮動坐標系，固結在未變形的葉片上，隨葉片一起轉動。設R為剛性圓盤半徑，I。為圓盤轉動慣量，L為葉片長度，A為葉片橫截面面積，I為葉片截面對中性軸慣性矩，E為材料彈性模量

哈爾i賓卜程人學博十學位論文，，一‘·汀(韻一“(2一4)如圖2.2所示，設u為實際的軸向伸長量，則變形后的弧長口尸為口尸=x+u(2一5)比較式(2一4)和(2一5)，可得1矛/日v、一u’=u一一l!一l以尤ZJ。戈改/(2一6)圖2.2旋轉柔性時一片變形位移 Fig2.2Sketehofdeformationofarotatingflexibleblade_，__、一1矛/。v、2.~一_，一一一二~_，_，、_上。二
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH113

【參考文獻】

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1 李永強,郭星輝;氣輪機葉片振動響應的數(shù)值分析[J];東北大學學報;2005年02期

2 楊建剛,高N

本文編號：2686264