汽輪機(jī)自帶冠葉片斜碰撞振動(dòng)的研究.pdf

1、自帶冠葉片是從位于葉尖的凸肩結(jié)構(gòu)演變而來(lái)的，更便于設(shè)計(jì)順暢的通流部分，減少葉頂氣流泄漏，提高效率，并且已在多臺(tái)汽輪機(jī)上安全應(yīng)用近20年。自帶冠葉片冠間碰摩振動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為、減振機(jī)理和減振效果的研究仍處于探索階段，因此對(duì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性動(dòng)力學(xué)和減振機(jī)理的深入研究，不僅對(duì)含間隙的汽輪機(jī)自帶冠葉片的可靠性設(shè)計(jì)是重要的，還可以進(jìn)一步推廣到其它葉輪機(jī)械中，解決了產(chǎn)品自主設(shè)計(jì)的關(guān)鍵力學(xué)問(wèn)題。本文主要研究工作和成果包括以下幾個(gè)部分。
　

2、　1.介紹和推導(dǎo)研究碰撞振動(dòng)系統(tǒng)的映射方法及其在斜碰撞振動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，說(shuō)明了碰撞振動(dòng)系統(tǒng)各種經(jīng)典和非經(jīng)典的分岔類(lèi)型、判斷依據(jù)及差異，并討了論瞬間假設(shè)的適用范圍，斜碰撞與正碰撞的相同點(diǎn)及差異。
　　2.把自帶冠葉片簡(jiǎn)化為碰撞面為斜坡面的彈簧—質(zhì)量塊系統(tǒng)，采用Coulomb摩擦模型，選取碰撞面為Poincaré截面，研究了映射過(guò)程的周期性條件，并討論了單碰周期n運(yùn)動(dòng)的存在條件;用半解析法得到映射P的Jacobi矩陣DP在不動(dòng)點(diǎn)處特征

3、值。研究表明，斜碰撞振動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)經(jīng)歷了倍周期分岔、N-S分岔和靜態(tài)分岔等經(jīng)典分岔。
　　3.通過(guò)數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了系統(tǒng)單碰周期振動(dòng)的穩(wěn)定性，計(jì)算得到分岔圖，Poincaré映射圖和相圖，揭示了不同控制參數(shù)（如外激力頻率，外激力幅值比，振子平均間距和外激力相位差等）對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)碰撞振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。倍周期分岔使得系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)周期碰撞振動(dòng)產(chǎn)生多種類(lèi)型的轉(zhuǎn)換，Hopf分岔使得系統(tǒng)周期碰撞振動(dòng)經(jīng)由概周期振動(dòng)進(jìn)入混沌區(qū)域。同時(shí)，由于碰撞引起的

4、非光滑不連續(xù)性，還存在跳躍，邊界激變，碰撞突然消失等非經(jīng)典分岔，其中邊界激變使得系統(tǒng)直接進(jìn)入混沌。
　　4.將帶冠葉片簡(jiǎn)化為自由端帶集中質(zhì)量的懸臂梁模型，根據(jù)Hamilton原理求得系統(tǒng)非碰撞時(shí)的偏微分方程，并采用Galerkin截?cái)啵x取二階陣型進(jìn)行離散降維，將偏微分動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為常微分方程，基于系統(tǒng)非碰撞時(shí)動(dòng)力學(xué)方程導(dǎo)出碰撞時(shí)系統(tǒng)的廣義沖量-動(dòng)量方程，與碰撞恢復(fù)系數(shù)方程相結(jié)合求出碰撞動(dòng)力學(xué)響應(yīng);計(jì)算三個(gè)自由端帶集中質(zhì)量懸臂梁

5、的斜碰撞振動(dòng)響應(yīng)，求得分岔圖，Poincaré映射圖和相圖，揭示了外激力頻率ω對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)碰撞振動(dòng)響應(yīng)的影響規(guī)律。在同一個(gè)ω區(qū)間，梁1-2和梁2-3之間的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)具有一致性，同時(shí)為周期碰撞運(yùn)動(dòng)或混沌運(yùn)動(dòng)，并且分岔類(lèi)型一致;相圖顯示中間梁的碰撞次數(shù)是兩邊梁碰撞次數(shù)之和，與工程實(shí)際相符合。
　　5.采用線性彈簧和非線性阻尼模型確定接觸過(guò)程中的法向接觸力，用Coulomb摩擦和切向接觸剛度描述切向摩擦力，數(shù)值計(jì)算得到摩擦力時(shí)間歷程圖，揭示