拉杆组合式多级叶盘的固有特性及振动局部化问题研究

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现代燃气轮机转子的结构形式以拉杆转子为主,组成转子的叶盘结构具有复杂的耦合特征,其中级间接触耦合对叶盘的动力学特性有着重要影响,耦合边界处理不当将导致在研究叶盘对失谐的敏感度的问题上存在偏差。本文建立了考虑级间接触耦合特征的多级叶盘系统模型,系统的研究了多级叶盘系统的固有特性和振动局部化问题。首先建立了拉杆组合式谐调多级叶盘的有限元模型,对级间耦合进行了有效地模拟,分析了级间接触耦合作用下叶盘系统的固有特性,并与以往单级叶盘的研究做对比分析,研究中发现多级叶盘系统的模态特性包含单级主导振动模态和多级耦合振动模态等复杂的模态形式,多级耦合振动说明能量在级间接触界面的广延传播。其次深入的研究了级间接触耦合对叶盘系统频率转向特性的影响规律,叶盘单级主导振动模态的频率转向曲线中相对频率间隙明显增大,频率转向区的模态没有明显的汇聚集中,转向特性的这种改变使得叶盘系统对失谐的敏感度较低。然后建立了叶片刚度失谐的多级叶盘模型,研究失谐多级叶盘系统的模态局部化问题,并与单级叶盘进行比较,发现级间接触边界下失谐导致的模态局部化程度较低。最后探索性的研究了级间接触耦合对叶盘系统受迫振动响应特性的影响,分析了失谐因素引起的振动响应局部化现象。研究表明级问接触耦合作用下叶片振动幅值的放大程度大大的降低了,相邻级叶盘的振动对整体的多级叶盘结构的振动有着重要影响。本文的研究结论一定程度上完善和发展了燃气轮机失谐叶盘系统振动局部化的基本理论,同时对于指导设计人员正确的设计叶盘系统以及研制高性能燃气轮机具有重要的价值。
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