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混流式水轮发电机系统全局耦合非线性动力学建模与分析

作　者: 蓝永庭
导　师: 蔡敢为
学　校: 广西大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 混流式水轮发电机组全局耦合非线性多尺度法板壳单元
分类号: TM312
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

在高水头、大流量水流和强电磁场的共同作用下,水轮发电机组时常发生激烈振动,严重影响电站的正常、安全和稳定工作,是一个至今仍未彻底探明的难题。文中从全局耦合的角度,通过分析水轮发电机组的液固耦合关系和机电耦合关系,运用有限单元法建立了反映液固耦合关系的非线性板壳单元、包含电磁激励非线性项的发电机单元和包含由横向大变形引起几何非线性的主轴单元,在此基础上建立混流式水轮发电机系统的非线性动态方程,为进一步分析系统的振动机理提供了一种新的分析模型。运用多尺度分析方法对系统的动态模型进行非线性分析,分别分析了模型中的二次项非线性特性和立方项非线性特性,发现系统存在一些共振现象,如内共振、多重共振和次谐共振等;并对多重共振、超谐共振和亚谐共振进行了探讨性的分析得出了一些定性的结论,如在某些条件下,两自由度之间存在能量饱和及渗透现象。通过对实例进行编程仿真,将仿真结果与实验数据进行对比,表明所建模型基本合理,对结果进行分析也表明系统存在多种共振现象,并初步揭示了混流式水轮发电机系统的振动机理,将为进一步深入细致地研究各种共振存在的条件,发现共振的规律提供了线索。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 选题的依据  9-10
  1.2 混流式水轮发电机组动力学研究现状及发展概况  10-15
  1.3 本文研究内容  15-16
第二章混流式水轮发电机系统的全局耦合动态方程  16-35
  2.1 引言  16
  2.2 板壳单元  16-20
    2.2.1 位移模式  17
    2.2.2 单元动能  17-18
    2.2.3 单元势能  18-19
    2.2.4 单元运动微分方程  19-20
  2.3 发电机单元  20-24
    2.3.1 位移模式  20
    2.3.2 单元动能  20-21
    2.3.3 单元势能  21-23
    2.3.4 单元的运动微分方程  23-24
  2.4 主轴单元  24-26
    2.4.1 位移模式  24
    2.4.2 单元动能  24-25
    2.4.3 单元势能  25-26
    2.4.4 单元运动微分方程  26
  2.5 系统的全局耦合动态方程  26-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章系统非线性分析  35-60
  3.1 引言  35
  3.2 多尺度分析方法  35-38
    3.2.1 基本摄动思想  35-37
    3.2.2 多尺度法  37-38
  3.3 非线性解耦变换  38-40
  3.4 二次项非线性振动特性分析  40-52
    3.4.1 非共振情况  42-43
    3.4.2 内共振分析  43-46
    3.4.3 多重共振分析  46-52
  3.5 立方项非线性振动特性分析  52-58
    3.5.1 超谐共振分析  53-55
    3.5.2 亚谐共振分析  55-58
  3.6 本章小结  58-60
第四章实例研究  60-71
  4.1 引言  60-62
  4.2 实例仿真和分析  62-70
    4.2.1 系统固有频率  63
    4.2.2 不同负荷下的动态响应与分析  63-68
    4.2.3 动应力频域响应与分析  68-70
  4.3 本章小结  70-71
第五章全文总结与展望  71-73
  5.1 本文研究工作总结  71-72
  5.2 进一步研究的展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间发表论文情况  78

混流式水轮发电机系统全局耦合非线性动力学建模与分析

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