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据统计,叶片振动是威胁旋转机械安全运行的重要因素之一.汽轮机、航空发动机等旋转类机械的叶片即使处于稳定运行状况下,也会受到各种外部因素的干扰而引发剧烈振动,例如摩擦和碰撞等,这些都可能会导致叶片的损坏、失效甚至断裂.为了保证大型旋转类机械的叶片系统能够连续地处于正常工作状态,抑制叶片振动、提高旋转机械叶片的安全可靠性和运行稳定性始终是科技工作者研究的热点问题. 自带冠叶片的独特之处在于这种叶片结构可以依靠冠间接触和碰撞消耗叶片的振动能量,并通过调节冠间间隙的大小和紧度实现控制阻尼的目的,进而可以抑制叶片振动和减少共振现象的发生.对于自带冠叶片来说,人们非常关心接触碰撞对叶片振动特性以及稳定性的影响,因而自带冠叶片结构受到了越来越多的制造厂商和研究人员的关注.国内外一些研究人员及学者分别在理论上和实验上对此类减振机理进行了研究,所得结果为旋转机械的稳定运行提供了重要的理论指导.研究叶片接触碰撞引发的振动对了解叶片的振动机理,优化叶片的结构设计和探究叶片的稳定性都具有很高的研究意义和工程实用价值. 本文进行工作如下: 1.把自带冠叶片模化成悬臂梁连续模型,建立了叶片接触碰撞状态下的非线性动力学模型,并考虑了气流激振力和叶片的接触力对叶片振动的影响,模型中采用的是Hertz接触力模型描述叶片冠间的碰撞行为. 2.采用Galerkin模态截断方法对叶片的振动微分方程进行降维和离散化处理,截取了系统的第1阶模态.采用平均法对所得模态方程进行平均化处理,平均化计算过程中,利用8阶泰勒公式将无法获得初等函数意义下原函数的变限积分中的被积函数进行了展开,获得了变限积分的近似表达式,由此建立了叶片振动系统的近似幅频关系表达式. 3.通过数值仿真,利用叶片的幅频振动特性曲线,分析了自带冠叶片的主共振响应、13亚谐波共振响应以及3倍超谐共振响应的振动特性.并考察了气流激振力幅值、转速和叶冠间隙等参数对系统动力学特性的影响.