旋轉(zhuǎn)葉片的結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與變形耦合建模及分析.pdf

1、為研究旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與變形耦合效應(yīng),本文建立了一端帶有集中質(zhì)量一端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上無質(zhì)量柔性梁的運(yùn)動(dòng)與變形耦合模型,考察該模型的振動(dòng)頻率及動(dòng)力學(xué)響應(yīng),并研究轉(zhuǎn)速和偏心位置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。在此基礎(chǔ)上,考察旋轉(zhuǎn)葉片的建模方法,采用懸臂梁模型簡(jiǎn)化葉片,利用劉占芳課題組提出的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述,運(yùn)用Hamilton原理建立旋轉(zhuǎn)葉片動(dòng)力學(xué)方程,并采用有限單元法來進(jìn)行離散。研究了旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性以及動(dòng)力響應(yīng),并分析了由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與變形耦合

2、帶來的附加慣性力對(duì)頻率和響應(yīng)的影響。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　?、傺芯苛诵D(zhuǎn)剛體上一端連接集中質(zhì)量一端固定的無質(zhì)量柔性梁的雙自由度運(yùn)動(dòng)與變形耦合系統(tǒng)的動(dòng)力特性和動(dòng)力響應(yīng)。柔性梁采用小變形的假設(shè),并忽略集中質(zhì)量沿轉(zhuǎn)軸方向的運(yùn)動(dòng),即集中質(zhì)量只在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),由Hamilton原理出發(fā),建立了集中質(zhì)量的隨時(shí)間變化的動(dòng)力學(xué)方程。在給定的恒轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)條件下,系統(tǒng)的兩階動(dòng)頻與角速度的變化呈線性關(guān)系;從非旋轉(zhuǎn)條件下的固有頻率出發(fā)第一階

3、頻率線性下降,而第二階頻率線性上升。當(dāng)給定梁的位移彈性極限,系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速可能由位移與角速度的關(guān)系來確定。對(duì)于變角速度旋轉(zhuǎn),以變加速再恒速,恒速一段時(shí)間后再變減速直至角速度為零的變化規(guī)律進(jìn)行分析,得到了四個(gè)階段的動(dòng)力響應(yīng)和運(yùn)動(dòng)軌跡,分析了由于旋轉(zhuǎn)和變形耦合產(chǎn)生的附加慣性力對(duì)動(dòng)力響應(yīng)的影響。
　?、谠贛indlin偶應(yīng)力彈性理論的基礎(chǔ)上,采用劉占芳課題組提出的含偶應(yīng)力的廣義彈性體力學(xué)模型,通過虛功原理和各向同性張量函數(shù)線性表示定理,

4、修正了偶應(yīng)力與描述旋轉(zhuǎn)變形的曲率張量之間的本構(gòu)關(guān)系。對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)用懸臂梁模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,以固定坐標(biāo)系描述剛體運(yùn)動(dòng),固結(jié)在懸臂梁上的浮動(dòng)坐標(biāo)系描述平動(dòng)變形和旋轉(zhuǎn)變形,應(yīng)用Hamilton原理,得到旋轉(zhuǎn)葉片的運(yùn)動(dòng)與變形耦合的動(dòng)力學(xué)方程。
　　③使用有限元方法來求解動(dòng)力學(xué)方程:增加轉(zhuǎn)角為獨(dú)立變量,利用罰函數(shù)法引入約束條件,采用8結(jié)點(diǎn)48自由度的六面體等參元對(duì)旋轉(zhuǎn)葉片進(jìn)行離散,得到有限元控制方程。采用Newmark方法求解了葉片在定轉(zhuǎn)速及