壓縮機(jī)葉輪隨機(jī)振動(dòng)建模與分析研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文壓縮機(jī)葉輪隨機(jī)振動(dòng)建模與分析研究StudyonModelingandAnalysisforRandomVibrationofCentrifugalCompressorImpellers學(xué)21203021完成日期：20150609大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology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(duì)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(lì)，因此

2、葉輪受隨機(jī)氣動(dòng)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(dòng)激勵(lì)作用下材料發(fā)生高周疲勞造成的。因此對(duì)葉輪開展動(dòng)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(jià)值。以往工程上葉輪動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，評(píng)定葉輪失效和疲勞破壞，本文開展了具有針對(duì)性的基于動(dòng)力設(shè)計(jì)的離心式葉輪隨機(jī)振動(dòng)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

3、定常氣動(dòng)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(dòng)力計(jì)算的可信度。其次，針對(duì)葉輪流固耦合瞬態(tài)求解時(shí)，弱耦合流固交界面數(shù)據(jù)交換復(fù)雜及時(shí)域求解時(shí)間耗時(shí)較長等問題，提出了適用于任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(dòng)響應(yīng)的虛擬激勵(lì)法，詳細(xì)介紹了虛擬激勵(lì)法基本原理，推導(dǎo)了多維多點(diǎn)虛擬激勵(lì)法的計(jì)算方法，給出了多維多點(diǎn)虛擬激勵(lì)法

4、在ANSYS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(dòng)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(lì)時(shí)虛擬激勵(lì)法在ANSYS中的應(yīng)用方法，第一步通過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(dòng)應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果的幅頻曲線確定設(shè)計(jì)氣動(dòng)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(dòng)；第三步采用改進(jìn)周期圖法，通過編制MATLAB程序?qū)θ~輪表面壓力脈動(dòng)進(jìn)行功