旋转机械叶片高周疲劳预测方法研究
旋转机械作为现在工业中不可或缺的动力设备，其主要部件叶片的安全性对于工业正常与生产生活极为重要。而对旋转叶片的振动数值模拟分析，以及在气动因素影响下的叶片安全性分析，进行疲劳寿命估计，是叶片在设计中避免故障以及叶片运行中出现故障时的进行故障根本原因分析的有效手段。 文章首先阐述了有限元方法，对某典型透平机械叶片设计阶段的模态分析，计算叶片的静/动模态频率。结果表明叶片在低阶（1阶）模态下静/动频变化相对高阶模态较大，同时绘制坎贝尔图，判断叶片是否发生共振。 然后，通过模拟某轴流风机动叶片在大转角下出现叶片裂纹故障问题分析。研究了由“能量法”推导出模态气动阻尼比的过程，以及不同叶间相位角状态下的各叶片的位置关系式。并揭示了动叶片在不同转角与不同叶间相位角下各阶模态气动阻尼比的变化规律。通过叶片坎贝尔图分析可能出现共振状态下的转速，并提出微调方案，阐明转速与叶片非定常气动力与动应力的关系。通过计算发现，在额定转速附近微调转速，可以相应减小叶片所受动应力大小，同时使风机叶片避免长期处于大转角下运行。 针对高速叶轮激振与叶片振动试验台，选取叶轮与轴的连接部分-胀紧套进行相应的强度分析，介绍了胀紧套的结构与工作特点。选择不同材料，不同转速时计算胀紧套与叶轮静结构强度，以及不同预紧力下胀紧套外套的轴向位移量关系曲线，在后续实验中，需要进一步对胀紧套连接叶轮的合理转速进行进一步实验。 最后通过非接触式测量方法对某A、B、C三个叶片进行振动监测测量，并与有限元分析模态应变-幅值结果对比，结果说明有限元计算方法的可行性，但实验的部分还需进一步的优化，以达到降低误差的目的。
旋转机械;叶片结构;振动特征;气动阻尼;高周疲劳
北京化工大学
硕士
机械工程
王维民;王志君
2020
中文
TH113.1
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）