近年来,国内外一些大型混流式水轮机机组频频出现异常,导致机组振动甚至水力机组结构破坏,降低使用寿命的振动现象,在世界各地普遍存在,严重危及到机组的安全运行。目前,对此问题还没有找到有效的解决方法。水力机组的振动问题极为复杂。水轮机的振动问题是一个非常复杂多场耦合的非线性动力学问题,特别是流体—固体的耦合作用。混流式水轮机固定部件是主要的水轮机组结构支撑系统。因此,固定部件运行的振动特性对深入了解固定部件的振动机理、避免水力共振、确保机组安全稳定运行具有重要意义。本文在综述了国内外混流式水轮机组动力特性的研究现状后,主要作了以下工作:1.借助大型通用有限元分析软件ANSYS,针对混流式水轮机固定部件,组件多,结构各异的特点,在几何造型中采用中心分割,建立各部分几何模型再拼装的方式。建立了混流式水轮机固定部件流固耦合三维有限元分析模型,为水轮机固定部件振动问题的研究奠定基础。2.对由不可压缩理想流体和固定部件组成的耦合系统,从理论研究出发,采用有限元法的位移—速度势格式,使用加权余量法中的Galerkin法,对耦合系统进行有限元离散,从而导出了系统在流动流体中的流固耦合有限元方程,根据方程中各项的物理意义,详细讨论并分析了附加质量的提出及附加质量的影响因素。3.根据固定部件在运行时的受力特点及其所要考虑的影响因素,对可压缩理想流体与固定部件组成的线性流固耦合系统,采用有限元方法中的位移—压力格式,应用Galerkin法对流体和固体结构进行离散,建立了系统流固耦合有限元方程。并借助于有限元软件ANSYS中的流固耦合功能分别对两种不同介质下的整体固定部件进行了模态分析,得到固定部件在空气中和静止流体中的自振特性,并对计算结果进行了详细的对比分析,发现一些有价值的振动规律。针对几种特征振源,讨论该水轮机固定部件在运行工况下发生共振的可能性。此外,还讨论了静水压力对水轮机固定部件动力特性的影响,结果表明,对于水轮机固定部件而言,可以不考虑静水压力对其动力特性的影响。4.根据实际的损坏情况,确定水轮机可能的振动原因:水轮机迷宫环中止漏环径向间隙的不均匀将产生侧向力使转轮与座环发生擦碰。针对这一原因模拟了擦碰力作用下的水轮机固定部件流固耦合系统的动力响应,探究了这一振源对水轮机产生的影响。5.根据流固耦合系统动力特性分析的模态分析,提出一种基于流体附加质量影响的简化动力特性计算方法——附加质量法。基于振动理论中的能量法与机械振动方法推导建立利用空气和水中不同振动频率确定附加质量的理论方法。并通过ANSYS的二次开发实现了变质量的模态分析得到附加质量模型的模态解,进而讨论了附加质量法的可行性。