【摘 要】
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燃气轮机目前在航空航天、电力、舰船、化工等涉及国防安全、军事、民用等领域内被广泛应用。燃气轮机整体结构和工况都十分复杂,因此对其进行动力学特性分析就需要考虑诸多因素,十分困难。转子是燃气轮机中十分重要的一部分,目前较为常用的是拉杆转子,其优点主要包括质量轻、强度高、加工制造较为简单等。拉杆转子不同于连续转子,在轮盘接触时会产生非线性接触问题,这给转子系统的建模过程带来了极大地困难。本文考虑了接触带
【基金项目】
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航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究项目:《燃气轮机转子系统的结构动力学与振动控制研究》(项目编号:2017-IV-0010);
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燃气轮机目前在航空航天、电力、舰船、化工等涉及国防安全、军事、民用等领域内被广泛应用。燃气轮机整体结构和工况都十分复杂,因此对其进行动力学特性分析就需要考虑诸多因素,十分困难。转子是燃气轮机中十分重要的一部分,目前较为常用的是拉杆转子,其优点主要包括质量轻、强度高、加工制造较为简单等。拉杆转子不同于连续转子,在轮盘接触时会产生非线性接触问题,这给转子系统的建模过程带来了极大地困难。本文考虑了接触带来的非线性问题对转子轮盘的影响,在此基础上建立燃气轮机周向拉杆转子-轴承系统的动力学模型,研究其动力学特性以及转子系统临界转速对轴系参数变化的灵敏性。基于分形接触理论,将轮盘间的非线性接触部分视为一虚拟的各向同性的材料,虚拟材料与两轮盘视为刚性连接,建立燃气轮机转子轮盘接触模型,给出本文建立的简化的燃气轮机周向拉杆转子模型的虚拟材料层参数,考虑接触面积、拉杆预紧力等因素对虚拟材料层力学参数的影响。综合考虑滑动轴承非线性油膜力和轮盘接触的虚拟材料层,以Nelson梁为基础,使用有限元方法,建立每个节点的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵,之后将各个矩阵拼接在一起,对简化的燃气轮机周向拉杆转子-轴承系统进行动力学建模。利用Newmark-β数值积分方法求解动力学方程,分析拉杆预紧力对转子-刚性支撑系统临界转速的影响,研究转子-刚性支撑系统的临界转速对转子轴段长度、密度、弹性模量等参数变化的灵敏性,研究不同预紧力、不同不平衡质量对转子-滑动轴承系统动力学响应的影响,分析不同升速时间、不同不平衡质量和不同系统阻尼对系统瞬态不平衡响应的影响。
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