軸流壓縮機含裂紋葉片動力特性及應力強度因子研究.pdf

1、軸流壓縮機作為能量轉(zhuǎn)換裝置，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。目前，壓縮機械正向著“大型、節(jié)能、高可靠性”的方向發(fā)展，對安全運行能力提出更高要求。葉片是壓縮機中的關鍵部件，研究其振動特性和疲勞斷裂行為，對指導早期故障預測，探索智能化診斷方法具有重要參考價值。本文以某型號軸流壓縮機第6級葉片為研究對象，采用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的技術手段，分析其含有裂紋缺陷狀態(tài)下固有頻率等動力學特征的變化，以及應力強度因子等斷裂力學特征的變化，并按照由簡單模型

2、到復雜模型的思路，層層遞進地推導和修正，最終建立含單邊貫穿裂紋軸流壓縮機葉片I型應力強度因子的解析表達式。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過SolidWorks建立軸流壓縮機第6級葉片模型，使用ANSYS分析含裂紋葉片模態(tài)，結(jié)果表明轉(zhuǎn)速增大則固有頻率升高，裂紋長度增加則固有頻率降低，且二者存在耦合效應。裂紋位置影響固有頻率，在葉片一側(cè)距底邊37mm處，裂紋對一階彎曲振動頻率影響最大。⑵以二維含單邊裂紋矩形板為模型，使用ABAQUS計

3、算I型應力強度因子，與解析解比較表明，使用奇異單元的數(shù)值計算具有較高的精度。另外，奇異單元長度和數(shù)量對數(shù)值計算結(jié)果的影響較小。通過數(shù)值模擬和多項式擬合，修正了該模型在長寬比較小時形狀因子的解析表達式。⑶基于權(quán)函數(shù)法，推導了離心力作用下葉片平板模型單邊裂紋的應力強度因子半解析解，分別改變板尺寸和裂紋位置，將半解析解和數(shù)值計算結(jié)果比較，分析誤差，給出了半解析解適用范圍，并分析了在葉片底部區(qū)域產(chǎn)生較大誤差的原因，結(jié)果表明逐漸增大的剪切作用使I