一种涡轮叶片减振分析优化方法.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CN106096098A(43)申请公布日2016.11.09(21)申请号201610383068.1(22)申请日2016.06.02(71)申请人南京航空航天大学地址210000江苏省南京市白下区御道街29号(72)发明人漆文凯王金鑫(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249代理人张婷婷(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种涡轮叶片减振分析优化方法(57)摘要本发明公开了一种涡轮叶片减振分析优化方法，振动响应计算程序读入已知参数，计算局部滑动状态下的最大阻尼力和最大位移；从外激励频率下限开始在每一个确定频率下，调用ANSYS软件生成有限元模型；对模型进行谐响应振动分析，计算无阻尼时系统的振动响应；调用频域分析模式下计算刚度阻尼子程序，计算等效刚度和等效阻尼。调用ANSYS软件计算有阻尼时系统的振动响应，得到叶尖处振幅值大小，直到频率上限下的激振频率。运用新的干摩擦模型对带屋顶型阻尼片涡轮叶片进行振动特性分析，结果对干摩擦阻尼器的设计具有一定的工程指导意义；同时本文的方法对干摩擦系统的计算分析也有一定的理论意义。CN106096098ACN106096098A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片减振分析优化方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)确定阻尼器的形状数据，给定叶片所受激励的幅值，确定所述阻尼器与叶片之间的接触正压力载荷系数q；(2)对叶片进行模态分析，得到一阶固有频率，确定振动分析过程中激振频率的上下限ω1、ω2；(3)计算阻尼片滑移区域扩充到整个右侧时的最大阻尼力Frlim和阻尼片最大位移urlim，计算阻尼片滑移区域由右侧扩充到左侧直至整个阻尼片时的最大阻尼Fllim和阻尼片最大位移ullim；激振频率设置从下限ω2开始，在每一个确定频率下进行以下步骤；(4)在ANSYSY中建立叶片有限元模型计算无阻尼时的振动响应，获得无阻尼时叶尖处的振幅值S和与阻尼片接触位置的位移U；(5)将得到的位移U与所述urlim,ullim进行对比，判断阻尼片滑动区域扩展到哪一部分，调用频域分析模式下计算刚度阻尼的子程序，计算对应的等效阻尼ceq、等效刚度keq；(6)在原有的叶片有限元模型中添加MATRIX27刚度和阻尼单元，其中刚度值和阻尼值取(5)中计算得到的等效阻尼ceq、等效刚度keq，计算有阻尼时叶片的振动响应，获得叶尖处的振幅值S1和与阻尼片接触位置的位移U1；(7)将新得到的位移重复步骤(5)、(6)，直到上一次的振幅与下一次振幅的差值达到误差范围内，最后一次求得的有阻尼振幅S1即为该频率下的叶尖处的振幅值，得到相对共振幅值，判断减振效果；(8)重复步骤(4)～(6)，计算下一个激振频率下的无阻尼振幅值S和有阻尼振幅值S1；直到达到激振频率的上限值ω1；所述阻尼器的形状为屋顶型阻尼器。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片减振分析优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中阻尼器的形状数据包括：阻尼片宽度l，角度α，摩擦系数μ，横截面面积A，弹性模量E。3.根据权利要求1所述的涡轮叶片减振分析优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中的具体计算方法为：计算阻尼片滑移区域扩充到整个右侧时的最大阻尼力为Frlim＝μql和阻2尼片最大位移urlim＝μql/2EA，计算阻尼片滑移区域由右侧扩充到左侧直至整个阻尼片时2的最大阻尼力Fllim＝μql(1+1/cosα)和阻尼片最大位移ullim＝μql(cosα+1+1/cosα)/2EA。4.根据权利要求1所述的涡轮叶片减振分析优化方法，其特征在于：所述步骤(5)中将得到的位移U与所述urlim,ullim进行对比，判断阻尼片滑动区域扩展到哪一部分，计算对应的等效阻尼ceq＝(ω,U)、等效刚度Keq＝(ω,U)，具体的判断方法为：(a)若U≥ullim，则发生了整体滑移；(b)若urlim≤U≤ullim，则滑移从右边扩展到左边；(c)若U≤urlim，则滑移只发生在右边。5.根据权利要求4所述的涡轮叶片减振分析优化方法，其特征在于：所述(a)种情况下的具体计算方法为：若U≥ullim，则发生了整体滑移，通过以下公式计算相应的等效阻尼ceq＝(ω,U)、等效刚度Keq＝(ω,U)：2CN106096098A权利要求书2/2页其中：W(U)为阻尼功，ua为阻尼块发生整体滑动时的临界位移，且ua＝ullim；为发生整体滑动时的临界刚度，为发生整体滑动时的临界阻尼。6.根据权利要求4所述的涡轮叶片减振分析优化方法，其特征在于：所述(b)种情况下的具体计算方法为：若urlim≤U≤ullim，则滑移从右边扩展到左边，通过以下公式