学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

带锯齿冠涡轮叶片振动特性分析及结构优化设计研究

作　者: 何榜
导　师: 罗贵火
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 动力机械与工程
关键词: 锯齿冠涡轮叶片振动结构优化设计摩擦阻尼
分类号: V263.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 279次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文主要目的是研究带锯齿冠涡轮叶片的振动特性,分析影响带锯齿冠涡轮叶片振动特性的因素及影响规律,并探索锯齿冠的优化设计方法,对涡轮叶片锯齿冠面结构参数进行优化。为涡轮叶片锯齿冠的结构设计提供理论参考。为研究锯齿冠涡轮叶片振动特性,首先采用带弹簧和质量块的悬臂梁简化模型来模拟锯齿冠涡轮叶片,通过分析发现随着叶冠质量的增加模型的前五阶固有频率会逐渐下降,随着弹簧支撑刚度的增加模型的固有频率会逐渐增加,而且各阶频率增加的幅度不相同。其次建立了单叶片、两叶片和三叶片的锯齿冠涡轮叶片的有限元分析模型,进行了模态分析、稳态激振分析和瞬态动力学分析,研究表明,随着转速的升高叶片的频率均会增加但每阶频率增加的幅度并不一样,锯齿冠叶片上的响应值随着锯齿冠工作面上接触刚度的改变而变化,最大响应对应的激振频率也会偏移,存在一个使位移响应最小的刚度值;分析了不同阻尼系数下锯齿冠的动能衰减特性。同时本文在分析计算模型的基础上,进行了单叶片和三叶片的试验模型的模态试验和稳态激振试验,从试验上验证了锯齿冠的调频和减振作用。在锯齿冠结构优化设计部分,分析提取了锯齿冠的主要设计特征参数,建立锯齿冠涡轮叶片的参数化模型;分析了影响锯齿冠工作面上应力分布的两个主要的型面参数预扭角和工作面偏转角,并以这两个参数为变量建立了结构优化模型;利用VC、UG/OPEN API函数和ANSYS APDL语言将参数化建模和有限元分析功能封装在一起;利用多学科优化集成平台iSIGHT完成对锯齿冠的结构优化。经过优化后的锯齿冠叶片的应力分布与优化前相比有明显的改善。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-16
第一章绪论  16-22
  1.1 工程背景  16-17
  1.2 锯齿形叶冠工程意义及工作原理  17-18
  1.3 锯齿形叶冠的发展及研究现状  18-20
  1.4 本文主要研究内容  20
  1.5 本文研究方法  20-22
第二章锯齿冠叶片简化模型的振动特性分析  22-40
  2.1 悬臂梁的振动特征方程  22-23
  2.2 接触摩擦理论简介  23-26
  2.3 带冠叶片简化模型的建立  26-33
    2.3.1 等效简化模型  26-28
    2.3.2 等效模型的固有振动特性  28-31
    2.3.3 ab 段稳态激振响应计算模型  31-32
    2.3.4 bc 段等效模型的稳态激振响应计算模型  32-33
  2.4 计算结果与分析  33-39
    2.4.1 两种模型的固有振型  33-35
    2.4.2 悬臂梁右端支撑刚度对固有频率的影响  35-36
    2.4.3 悬臂梁右端质量块对固有频率的影响  36-37
    2.4.4 摩擦阻尼系数对悬臂梁的振动响应的影响  37-39
  2.5 小结  39-40
第三章锯齿冠叶片模型振动特性分析  40-53
  3.1 振动力学的有限元法基础及分析工具简介  40-43
    3.1.1 动力学的有限元法基础  40-42
    3.1.2 MSC.Marc 有限元分析软件简介  42
    3.1.3 分析模型和加载边界条件  42-43
  3.2 叶片振动模态分析  43-45
    3.2.1 无冠叶片振动模态分析  43-44
    3.2.2 带锯齿冠叶片振动模态分析  44-45
  3.3 离心力对锯齿冠叶片振动特性影响  45-47
  3.4 叶冠工作面接触刚度对叶片振动特性影响  47-51
    3.4.1 计算模型及研究方法  47-49
    3.4.2 三种模型计算结果及分析  49-51
  3.5 叶冠工作面接触摩擦系数对叶片振动特性影响  51-52
  3.6 小结  52-53
第四章锯齿冠叶片振动特性试验研究  53-62
  4.1 锯齿冠叶片模态试验  53-59
    4.1.1 试验方法简介  53-55
    4.1.2 试验目的  55
    4.1.3 试验模型  55
    4.1.4 信号采集和分析设备  55-56
    4.1.5 试验测试方法  56-57
    4.1.6 试验过程及数据处理  57-59
    4.1.7 试验结果分析  59
  4.2 锯齿冠叶片简谐激振试验  59-61
    4.2.1 试验内容及试验方法简介  59-60
    4.2.2 试验设备  60
    4.2.3 试验数据及结果分析  60-61
  4.3 小结  61-62
第五章锯齿冠叶片结构优化设计研究  62-76
  5.1 优化工具简介  62-64
  5.2 锯齿冠结构优化模型建立  64-69
  5.3 锯齿冠结构优化实现方法研究  69-73
    5.3.1 锯齿冠结构优化实现面临的问题  69-70
    5.3.2 Shroud.exe 模块的主要功能  70-71
    5.3.3 iSIGHT 集成仿真软件以及参数设定步骤  71-73
  5.4 锯齿冠结构优化实例  73-75
  5.5 小结  75-76
第六章总结与展望  76-78
  6.1 总结  76-77
  6.2 展望  77-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
在学校期间的研究成果  83-84
附录  84-87

带锯齿冠涡轮叶片振动特性分析及结构优化设计研究

内容摘要

全文目录

相似论文