叶轮转子机匣碰摩的非线性动力学特性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:linmao820521
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随着叶轮机械特别是航空发动机的设计中对于经济性要求的提高,叶片和机匣之间的静态间隙设计值不断减小,由此使得航空发动机中转子与静子之间发生碰摩的概率大大提高。一方面作为一种常见故障,碰摩可能会引发相互耦合的多重故障甚至威胁到整机安全,另一方面,作为一种高度非线性过程,碰摩过程十分复杂,受到众多参数的影响,因此,提出一种全面的参数化模型对碰摩转子的动力学特性进行分析是十分必要的。本课题针对叶轮转子与机匣的碰摩进行了研究,研究对象包括了跨中叶轮转子/机匣系统、跨中无叶片转子/机匣系统和非跨中叶轮转子/机匣系统。本课题对这些系统进行了建模和数值模拟,并对数值模拟结果在频域和时域上进行了分析和对比。本文主要的工作内容如下:(1)提出了一种叶片机匣局部碰摩力模型,这种模型同时考虑了叶片的旋转刚化效应和Hertz模型表征的机匣局部非线性形变;将不同参数代入所得的碰摩力模型进行数值模拟,分析了叶片几何参数和机匣材料等对碰摩力大小的影响,并分析了这些参数的变化对碰摩转子动力学特征的影响。(2)使用新的局部碰摩力模型构建了碰摩转子的动力学方程,采用不同参数对碰摩转子的动力学响应在时域和频域上进行了分析,得到了不同的典型碰摩转子响应,并对典型的碰摩响应频率的物理意义进行了讨论;通过对比无叶片的圆盘转子/机匣碰摩和有叶片的叶轮转子/机匣碰摩,研究了叶轮转子/机匣碰摩的特点。(3)使用Lagrange方程和有限元方法构建了非跨中叶轮转子/机匣碰摩的动力学方程,考虑了转子在运动中的角位移。通过数值模拟不同转速条件下叶轮转子与机匣的碰摩,给出了几种典型碰摩转子运动状态,并与跨中转子碰摩的结果进行了对比和验证。
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