转动圆柱壳非线性动力学建模与数值仿真

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangshuyunhuiming
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圆柱壳作为航空发动机中压气机的主要组成形式,研究圆柱壳转动时的动力学特性,使工作频率合理避开共振频率,避免发生共振疲劳和结构破坏,对于航空发动机故障诊断和压气机的结构设计有十分重要的作用。本文以转动圆柱壳为研究对象,考虑离心力、科式力和环向初应力共同作用,利用哈密顿变分原理得到了Donnell非线性圆柱壳的动力学平衡方程。利用梁函数模拟轴向振型,将振动位移按模态展开,通过伽辽金离散得到常微分运动平衡方程。去掉非线性耦合项,可以退化得到线性圆柱壳的振动平衡方程,利用转子系统特征值的求解方法,可以得到线性系统的前行波频率和后行波频率,针对不同的几何模型和组合模态,讨论了轴向半波数、环向波数、圆柱壳长度和厚度以及转动速度对前、后行波频率的影响。考虑径向简谐激励作用,得到了幅频特性曲线,发现动、静坐标系中的前、后行波频率关系具有行波振动的特点。研究圆柱壳的弹性振动主要关心径向的振动,一般忽略轴向和环向两个面内振动,这样可以缩减自由度,使研究的问题简化。但是,文献中并未对这种简化带来多大的误差进行数值上的说明。因此,本文在忽略面内惯性项和速度项的基础上得到了简化的平衡方程,比较了不同组合模态,不同转速下,简化前后前、后行波频率以及幅频特性曲线的差别。考虑非线性项时,研究了转动圆柱壳的非线性振动,得到了不同组合模态下的非线性振动的幅频特性曲线,讨论了几何参数对此的影响,发现了硬特性现象以及超谐波共振和亚谐波共振。
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