转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统的叶尖振动特性

航空发动机叶片在极端恶劣环境中工作,容易产生裂纹进而缩短叶片寿命,严重影响航空发动机的安全运行。以转轴-轮盘-裂纹叶片耦合系统为研究对象,采用有限元、假设模态混合的建模策略,利用有限元模拟转轴,基于Kirch⁃hoff板理论、Timoshenko梁理论模拟轮盘、旋转叶片,并根据时变的释放应变能确定呼吸裂纹导致的时变损失刚度,建立了相应的动力学模型;通过对比耦合系统的固有特性和振动响应验证了提出方法的正确性;剖析了重力载荷、转子不平衡力、气动载荷对叶尖振动特性的影响,并研究了不同无量纲裂纹深度和裂纹位置对叶尖振动特性的影响。研究结果表明:健康叶片中,重力载荷会导致叶片产生振动,转子不平衡力会导致叶片发生静变形;在旋转状态下,裂纹叶片导致叶尖弯曲位移产生偏移量;在气动载荷作用下,呼吸裂纹导致叶片发生非线性振动;常值分量与转频幅值比、常值分量与气动激励频率幅值比是评价呼吸裂纹的有效指标。本文的建模方法和分析结论可为航空发动机叶片裂纹故障诊断提供了一定的理论依据。

弹性叶片-轮盘-转轴系统的耦合振动特性

首先考虑各组件陀螺效应推导了旋转状态下转轴-轮盘及叶片的连续体能量方程并进行离散化和组集处理,获得了柔性转子-叶片耦合系统的运动微分方程。然后分析了叶片数和轮盘位置对系统固有频率的影响。通过对比分析发现,由于叶片和转轴的耦合出现了由叶片前两阶模态主导的转子-叶片耦合模态和叶片-叶片耦合模态,其中包含Nb-2(Nb为叶片数目)个重复的叶片-叶片耦合模态,2个重复的转子-叶片耦合模态;随着叶片数的增加,转子模态固有频率线性减小,叶片-叶片耦合模态的固有频率不变,转子-叶片耦合模态的固有频率线性增大;转子-叶片耦合模态和转子前两阶模态对应的固有频率均受轮盘位置影响,影响趋势关于转轴中点对称;其中,转子-叶片耦合模态对应的一阶固有频率在轮盘从轴端到中点过程中逐渐增大,在轴中点时达到最大,二阶固有频率在轮盘从轴端到中点过程中先增大后减小,在轴中点时达到最小;转子模态固有频率变化则与转子-叶片耦合模态完全相反,但不同的是其基本不受叶片数影响。

失谐叶片-轮盘结构系统振动局部化问题的研究进展

对近２０年来国内外关于失谐叶片－轮盘结构系统振动局部化问题研究的进展进行了较为详细的评述和讨论，文中首先说明了振动局部化问题的基本概念，然后对失谐叶片－轮盘结构系统模态局部化和动态响应局部化在分析模型、求解方法及其基本性质和规律等方面的研究进展进行了较为全面的评述，最后提出了今后应深入研究的问题．

失谐叶片-轮盘结构振动模态局部化问题的研究

该文对失谐叶片-轮盘结构系统的振动模态局部化问题进行了分析研究。将叶片模拟为固定在轮盘上的悬臂梁结构,采用Hamilton变分原理和Galerkin方法,导出了结构系统的运动方程表达式。将运动方程化为状态方程,求解本征值问题获得结构系统的特征向量解。作为算例,计算了一个具有16个叶片的叶片-轮盘结构系统的模态振型,得到了失谐结构的局部化的振动模态,同时分析了叶片的失谐量、轮盘的转速以及围带的位置半径对叶片振动 模态局部化的影响。失谐叶片-轮盘结构中存在振动模态的局部化现象,无量纲转速对振动模态局部化有很大影响,局部化程度随着叶片失谐量的增加而增强。

失调对叶片-轮盘耦合系统振动影响的预测

叶片 -轮盘系统的周期对称性经常由于制造、材料 ,以及非均匀磨损和其它因素而被破坏 ,引起系统出现失调现象 ,表现为结构特性的微小变化可能导致叶片振幅和响应的急剧增大。而失调也导致此类周期对称性结构振动特性计算的复杂化。利用有限元通用程序和模态综合技术 ,建立失调叶片 -轮盘耦合系统三维有限元模型 ,对一个有 1 6个叶片的叶片 -轮盘耦合系统进行了振动特性计算分析 。

失调叶片-轮盘系统耦合振动分析

为了研究失调叶片——轮盘系统振动特性,建立了某汽轮机失调叶片——轮盘的三维实体有限元模型,研究了离心力对失调叶片——轮盘系统振动的影响;利用概率分析方法,研究了所有叶片弹性模量在5％误差范围内随机失调叶片——轮盘振动情况．结果表明,离心力对失调叶片——轮盘系统局部化振动有减弱作用;所有叶片弹性模量在5％误差范围的随机失调系统,其固有频率与非失调相差很小,即失调叶盘系统可以按照循环对称结构进行模态分析．

失谐叶片-轮盘结构振动局部化的分析模型

叶片-轮盘结构失谐导致结构振动局部化和周期性丧失,使结构分析和研究过程对结构振动的分析模型提出了特殊的要求。对失谐叶片-轮盘结构分析模型的类型和特点进行了详细讨论。主要包括经典的分析模型,如集中参数模型、分布参数模型和有限元模型;传递函数模型,如直接传递函数模型和减缩传递函数模型;模态参数模型,如选择模态基模型、约束界面模态基模型和复合约束模态基模型等。最后提出了今后应深入研究的问题。

某燃气轮机叶片-轮盘耦合振动特性研究

首先介绍了循环对称结构固有特性的计算方法,在此基础上建立了叶片-轮盘耦合系统振动固有特性计算分析模型,并利用大型通用有限元分析软件ANSYS对某燃气轮机叶片-轮盘耦合结构进行分析计算。最后根据分析结果总结概括了叶盘耦合系统的振动特点,为其寿命及可靠性计算提供了数值依据。

2级叶片-轮盘系统模态特性研究

利用ANSYS有限元软件进行仿真,研究了典型发动机2级压气机叶片-轮盘系统的耦合振动特性;采用1种2级叶盘系统的有限元建模方法,分析了该系统的模态特性并与单级叶盘系统的进行比较;应用应变能理论定量评价了2级叶盘系统振动特性。

光纤法-珀传感器在飞机发动机叶片裂纹检测中的应用

基于光干涉原理确定初始法-珀腔长度,设计了光纤法-珀干涉仪,建立了非接触式光纤法-珀激光超声试验装置,用于探测飞机发动机叶片的裂纹。光纤法-珀传感器使用单根光纤实现多束光干涉测量,制作简单,成本低,能快速、有效地实现非接触叶片表面裂纹检测。

叶片-轮盘-轴系统的耦合振动分析

介绍了以叶片-盘-轴系统为研究对象,用模态综合技术分析转子的耦合振动特性,建立准确而经济的计算方法和相应的软件包。充分运用模态综合技术,将整个转子系统划分为两个层次的子结构:主层次为叶片-盘系统及轴,次层次为单个叶片和盘扇形区。通过计算分析导出一些通用结论及规律,可供工程中转子系统设计及耦合振动固有模态分析时应用。

涡轮转子叶片-轮盘的振动特性分析

针对航空发动机涡轮转子叶片-轮盘常出现故障的问题,分别对单个叶片和耦合叶片-轮盘(叶盘)在不同边界条件下进行振动特性分析,为叶片-轮盘的设计优化和振动安全性检验提供数值依据,并通过对比分析得出相关结论。

叶片-轮盘榫联结构的接触分析

叶片与轮盘之间的榫联结构存在接触和摩擦组合运动,在较高的热-机械载荷作用下容易发生微动磨损并导致疲劳破坏.本文采用有限元法对叶片-轮盘榫联结构进行接触分析,计算不同摩擦系数和不同转速情况下的叶片榫头和轮盘榫槽之间的接触压力、接触滑动距离.结果表明,摩擦系数增大,榫联结构接触面上的接触压力和滑动距离减小;转速增加,则接触压力和滑动距离增大.

轮盘-叶片系统的耦合振动分析

本文分析了轮盘-叶片系统耦合振动现象的成因及特性;介绍了应用循环对称特性的轮盘-叶片系统耦合振动分析方法和失谐振动现象;对有限元方法的应用进行了分析。

大功率汽轮机末级轮盘-叶片结构接触状态有限元分析

采用Solidworks软件对国产某600MW汽轮机末级叶轮进行三维实体建模,用有限元软件Ansys分析了该型机组末级轮盘-叶片的应力分布。经数值模拟发现,最大应力处位于轮盘与叶片的接触区域,应力值已达到塑性变形区域,但未达到屈服极限。轮盘和叶片的最大应力随着转速增加而呈大致线性增加。得出轮盘与叶片的接触区域既是高应力区域,也是升速过程中应力变化最大的区域。同时得出离心力对叶轮应力变化的影响要远大于汽流力。计算结果可以作为汽轮机末级叶轮疲劳寿命预测的依据。

萨彦-舒申斯克水电站转轮叶片裂纹的修复

转轮叶片裂纹的形成会使水轮机在运行时产生严重的问题。采用标准工艺方法修复裂纹并不能阻止转轮叶片裂纹的产生。介绍了俄罗斯列宁格勒金属制造厂修复萨彦

C50-8.83/0.118型汽轮机313叶片断裂事故分析

通过对叶片裂纹及断口特征分析确定叶片裂纹类型后，根据对叶片材料的光谱分析、金相分析及对叶片振动特性的测试分析结果，结合机组的运行历史，分析造成 C50-8．83／0．118型汽轮机313 mm叶片裂纹产生及断裂的原因。为避免以后类似事故的发生，提出几点建议。

复合故障状态下行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性研究

目前,国内外学者对齿轮-转子耦合系统的动力学特性进行了研究,但是上述研究均没有考虑行星齿轮-转子复合故障状态。为此,以单级行星齿轮箱为例,通过构建含转子偏心和齿根裂纹故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型,对复合故障状态下的行星齿轮-转子耦合系统振动响应特性进行了仿真分析和实验研究。首先,采用了集中参数法和Timoshenko梁理论,考虑了时变啮合刚度、支撑刚度、阻尼、陀螺效应、传动轴柔性等因素,建立了含转轴偏心-齿根裂纹复合故障的行星齿轮-转子耦合系统动力学模型;然后,采用了时间历程、频谱、轴心轨迹及相轨迹等方法,并根据其数值分析了不同故障对系统动态特性的影响,研究了偏心状态下裂纹扩展对系统振动响应特性的影响;最后,采用不同裂纹故障测试实验,验证了模型的准确性。研究结果表明:转轴偏心对啮合振动的影响显著,在行星轮系故障特性的分析中不可忽视;偏心-裂纹耦合影响下,系统振动响应由不平衡振动、正常啮合振动、故障冲击振动多源耦合而成,频谱中出现了转频f_( r)、啮合谐波kf _(m)以及复杂边带成分kf _(m)±f _(r)、kf _(m)±f _(r)±nf _(sc),并且随着裂纹程度的加大,调制现象更加明显。该研究结果可以为行星齿轮-转子系统复合故障诊断提供一定的理论依据。

某航空发动机压气机叶片轮盘耦合振动分析

基于循环对称结构固有特性的有限元分析原理,对某型航空发动机压气机叶片轮盘耦合结构的振动特性进行了研究,建立了该叶片轮盘的实体装配模型及循环对称分析的有限元模型,并利用ANSYS软件进行了分析计算,根据计算结果分析了该压气机叶片轮盘耦合结构的振动特性,为其设计优化和振动安全性检验提供了数值依据。

汽轮发电机组转子—轮盘—叶片系统耦合扭转振动研究

在传统的汽轮发电机转子系统强度及振动计算中 ,转子、叶片是分开考虑的 ,忽略了相互间的耦合作用。随着大扭曲长叶片的普遍采用 ,进行精确的转子—轮盘—叶片耦合振动分析对防止叶片、轮盘、转子事故已很有必要 ,本文提出了一种转子、轮系耦合扭转振动的分析方法 ,将耦合系统分为主部件转子和分支部件轮盘—叶片系统 ,分支部件的各阶模态可简化为等效的质量—弹簧系统 ,这样可以将原来大规模耦合振动系统降阶为低阶等效的小规模耦合系统 。