一种叶轮机械气动阻尼计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110162813A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201810584147.8(22)申请日2018.06.08(71)申请人北京机电工程研究所地址100074北京市丰台区云岗北里40号院(72)发明人杨晓东金亮高勇仝宗凯林晔唐奇(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图9页(54)发明名称一种叶轮机械气动阻尼计算方法(57)摘要本发明实施例公开的一种叶轮机械气动阻尼计算方法，涉及叶轮机械气动弹性稳定性分析技术，该方法对孤立叶片进行动模态分析，获得叶片的振型、频率特征；通过模态数据构造模态激振力，并将其写入瞬态结构动力学计算命令中，将非定常流场计算与该瞬态动力学计算通过叶片的运动耦合迭代计算，即可获得叶片在流场中响应；真空中求解该瞬态动力学方程，即可获得叶片在真空中的响应；通过对数基函数拟合监测点在真空以及流场中的位移响应包络线获得非气动阻尼和总阻尼，进而计算得到气动阻尼。CN110162813ACN110162813A权利要求书1/2页1.一种叶轮机械气动阻尼计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，针对研究对象，对其进行模态分析，提取内部节点的质量归一化振型及固有频率；步骤2，通过提取的振型文件以及频率数据，编制研究对象的模态激振力文件，并将其加入到研究对象瞬态结构计算文件中；步骤3，计算加载模态激振力后研究对象在真空中的位移响应，并监测振动最大点的位移响应时域曲线；步骤4，进行研究对象流场定常计算，以定常结果作为初始条件，进行流固耦合计算，其中结构输入文件采用加载模态激振力的瞬态结构计算文件；步骤5，迭代耦合计算过程中流体域和固体域分别进行各域控制方程求解，通过耦合交界面上将位移及压力依据协调条件进行转换，在同一时间步内相互交换、反馈信息并反复求解，直至结果趋于稳定，从而达到整体耦合求解的目的；流固耦合计算中除了叶片表面采用流固耦合交界面外，其他边界条件和定常一致，计算中写出每一个时间步的瞬时结果文件；通过流固耦合计算可以得到叶片在流场中的响应，计算中需要监测叶片振动最大点的位移响应时域曲线；步骤6，叶片在流场中振动受到的总阻尼包括气动阻尼以及非气动阻尼；步骤7，通过步骤6中得到的非气动阻尼和总阻尼，得到气动阻尼。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述的瞬态结构计算文件中加入了模态激振力。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述的编制模态激振力文件，过程如下：首先，为了实现叶片不同振型及耦合振型振动，将激振力和模态振型相关联，定义模态激振力如下：其中：t表示时间，Tf表示激振力加载时间，表示叶片表面第i个节点的激振力，Ak表示对应第k阶模态的激振力幅值，表示叶片第k阶模态归一化振型，相应的表示第i个节点对应该振型的振动位移，fk表示叶片第k阶模态振动频率，为激振力初始相位，M表示关注的叶片振动模态数。其次，根据需求设定激振力幅值Ak，激振力时间Tf，激振力相位激振力幅值和时间的选取保证叶片在真空中被激励后的最大振动位移为叶尖弦长的1％左右。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(6)中所述的以自然对数为拟合基函数，其定义为式中ξ即为阻尼比，ω为叶片振动圆频率，A,A0,t0,ξ即可通过最小二次拟合振动位移包络线获得。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：总阻尼通过流固耦合计算叶片的位移响应获得。2CN110162813A权利要求书2/2页6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：非气动阻尼通过叶片在真空中的振动响应获得。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于步骤3得到的叶片监测点在真空中的位移响应时域曲线，借鉴自由振动阻尼测试的对数衰减思想，以自然对数函数为拟合基函数，采用最小二乘法，从激振力加载的最终时刻开始拟合响应曲线的包络线，获得非气动阻尼。3CN110162813A说明书1/8页一种叶轮机械气动阻尼计算方法技术领域[0001]本发明涉及叶轮机械气动弹性稳定性分析技术领域，尤其涉及一种叶轮机械气动阻尼计算方法。背景技术[0002]随着叶轮机械性能的不断提高，压气机级增压比越来越高，叶片却趋于更轻薄，这使得叶片颤振成为叶轮机械设计以及影响其可靠性的关键因素。由于颤振实验难度大，周期长，系统开展这方面的工作需要耗费大量的人力物力，因此，发展颤振边界预测的精确理论及方法是获得高性能及足够颤振裕度叶轮机械的必要手段。[0003]在大多数叶轮机械气动弹性稳定性分析方法中，流体域和固体域分开处理，认为流体域和固体域之间的耦合作用较弱，例如：在叶轮机械颤振分析中，认为流动对颤振频率的影响可以忽略，这基于假设：相对较小的力作用于刚度