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多频激励下干摩擦阻尼叶片的共振响应

孙艳红  
【摘要】:叶片事故的统计分析表明,叶片损坏大多数是由于叶片振动产生的动应力过大所致。为了降低叶片的振动应力,汽轮机厂家越来越多地采用带有阻尼围带或凸肩的叶片结构,即阻尼叶片。阻尼叶片通过围带或凸肩间的相互干摩擦来消耗叶片能量,起到减振的作用。本文对干摩擦阻尼叶片多谐波激振响应进行分析研究,主要工作分为以下几个方面: 第一部分:叶片阻尼机理和激振力的介绍分析 介绍分析了各种阻尼产生的机理,以及相应的模型,特别是对界面摩擦阻尼的机理及其数学模型进行了较为详细的探讨。对摩擦面间正压力变化时摩擦力进行分析。激振力研究是阻尼叶片动力特性研究的一个重要组成部分。在激振力的各阶谐波分量中,影响叶片安全运行的激振力仅是接近叶片自振频率的分量,本文考虑第一阶、第二阶和第Z阶谐波分量对叶片动力特性的影响。 第二部分:叶片单自由度和两自由度模型分析 首先,建立叶片单自由度模型,利用平均法求解叶片的运动方程,研究一阶和二阶主共振情况下幅频响应曲线,分析各个主要系统参数对频响曲线的影响规律。然后,考虑弯曲和扭转耦合情况下的叶片模型,建立两自由度的叶片运动方程,应用谐波平衡法得出运动方程的周期解,分析一、二阶主共振情况下系统参数对频响曲线的影响,并与数值解进行比较验证解析解的准确性。最后对全文进行总结。 本文研究得出,增加叶片的界面摩擦阻尼是一种非常有效的叶片减振方法。由于界面干摩擦的介入,使得阻尼叶片具有非线性的动力特性。与线性动力系统不同,阻尼叶片的频率不再是它的固有特性,其频率受外界激振力的影响。本文对阻尼器接触端正压力、汽流激振力、摩擦界面的剪切刚度、摩擦系数等参数对叶片动力特性的影响进行了理论、计算和设计应用的研究。


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