带冠叶片的弯曲振动响应分析方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术涉及带冠叶片的弯曲振动响应分析方法、系统、设备及介质，方法包括构建带冠叶片分析模型，确定法向正压力和切向摩擦力；对法向正压力和切向摩擦力进行线性化分析，构建法第一等效刚度、第一等效阻尼、第二等效刚度和第二等效阻尼；确定模态空间叶片振动模型；对模态空间叶片振动模型进行模态分析，确定叶片基础模态；判断叶片基础模态满足的共振条件，基于叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型；确定第一目标数值、第二目标数值、第三目标数值和第四目标数值，并对瞬态及稳态振动响应模型进行时域求解，确定带冠叶片在不同共振条件下的稳定响应。解决了无法高效分析不同共振条件下带冠叶片的动力学特性的问题。特性的问题。特性的问题。

【技术实现步骤摘要】
带冠叶片的弯曲振动响应分析方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及旋转机械叶片振动分析领域，尤其涉及带冠叶片的弯曲振动响应分析方法
、
系统
、
设备及介质
。

技术介绍

[0002]涡轮机是通过叶片旋转将结构的机械能传递给连续流动的工质
、
或将工质的内能传递给叶片的一类机械的统称，是电力
、
化工
、
航空航天等领域的关键装备，在工业生产和国防建设中发挥着十分重要的作用
。
旋转叶片作为涡轮机的核心转动部件，其动力学特性和振动响应行为一直是工业界十分关心的问题
。
在气动载荷和离心力的长期循环作用下，叶片的频率可能发生改变，落入内共振
、
主共振甚至联合共振的共振区，导致叶片出现剧烈振动，甚至发生断裂破坏事故
。
[0003]在设计阶段中，研究人员一般通过添加叶冠阻尼结构，用于抑制叶片的过度振动，防止叶片出现剧烈运动
。
这类阻尼结构既可以通过摩擦消耗叶片的机械能来抑制叶片的过度振动，又可以减少叶片的周向漏气以提高涡轮机的气动性能
。
根据相邻接触面相对运动状态的不同，叶片可以出现粘滞
、
滑移
、
分离等不同接触状态
。
在振动状态下，叶片自身柔性使其具有几何非线性，叶冠接触状态的持续改变使叶片振动具有复杂的非线性特征，从而加大了振动响应计算的难度，无法高效分析不同共振条件下带冠叶片的动力学特性问题
。

技术实现思路

[0004]为了克服无法高效分析不同共振条件下带冠叶片的动力学特性的问题，本专利技术提供了带冠叶片的弯曲振动响应分析方法
、
系统
、
设备及介质
。
[0005]第一方面，为了解决上述技术问题，本专利技术提供了带冠叶片的弯曲振动响应分析方法，包括：
[0006]构建带冠叶片分析模型，基于所述带冠叶片分析模型，确定相邻叶冠之间的法向正压力和叶冠之间的切向摩擦力；
[0007]对法向正压力和切向摩擦力进行线性化分析，构建法向正压力对应的第一等效刚度和第一等效阻尼，以及切向摩擦力对应的第二等效刚度和第二等效阻尼；
[0008]根据第一等效刚度
、
第一等效阻尼
、
第二等效刚度和第二等效阻尼，将叶片位移按模态展开，并基于伽辽金法确定模态空间叶片振动模型；
[0009]对模态空间叶片振动模型进行模态分析，确定叶片基础模态；
[0010]判断叶片基础模态满足的共振条件，基于叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型；
[0011]对模态空间叶片振动模型进行迭代计算，得到第一等效刚度对应的第一目标数值
、
第一等效阻尼对应的第二目标数值
、
第二等效刚度对应的第三目标数值和第二等效阻尼对应的第四目标数值；
[0012]根据第一目标数值
、
第二目标数值
、
第三目标数值和第四目标数值对瞬态及稳态
振动响应模型进行时域求解，确定带冠叶片在不同共振条件下的稳定响应
。
[0013]第二方面，本专利技术提供了带冠叶片的弯曲振动响应分析系统，包括：
[0014]第一获取模块，用于构建带冠叶片分析模型，基于所述带冠叶片分析模型，确定相邻叶冠之间的法向正压力和叶冠之间的切向摩擦力；
[0015]第二获取模块，用于对法向正压力和切向摩擦力进行线性化分析，构建法向正压力对应的第一等效刚度和第一等效阻尼，以及切向摩擦力对应的第二等效刚度和第二等效阻尼；
[0016]模态空间叶片振动模型获取模块，用于根据第一等效刚度
、
第一等效阻尼
、
第二等效刚度和第二等效阻尼，将叶片位移按模态展开，并基于伽辽金法确定模态空间叶片振动模型；
[0017]叶片基础模态获取模块，用于对模态空间叶片振动模型进行模态分析，确定叶片基础模态；
[0018]瞬态及稳态振动响应模型获取模块，用于判断叶片基础模态满足的共振条件，建立叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型；
[0019]迭代计算模块，用于对模态空间叶片振动模型进行迭代计算，得到第一等效刚度对应的第一目标数值
、
第一等效阻尼对应的第二目标数值
、
第二等效刚度对应的第三目标数值和第二等效阻尼对应的第四目标数值；
[0020]稳定响应获取模块，用于根据第一目标数值
、
第二目标数值
、
第三目标数值和第四目标数值对瞬态及稳态振动响应模型进行时域求解，确定带冠叶片在不同共振条件下的稳定响应
。
[0021]本专利技术的有益效果是：通过构建带冠叶片分析模型，得到法向正压力对应的第一等效刚度和第一等效阻尼，以及切向摩擦力对应的第二等效刚度和第二等效阻尼，从而构建模态空间叶片振动模型，得到带冠叶片运行时带冠叶片的弯曲位移振幅与振动频率之间的关系，再对模态空间叶片振动模型进行模态分析，得到叶片基础模态，建立叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型，从而将不同共振条件引入，最后对模态空间叶片振动模型进行迭代计算，确定第一目标数值
、
第二目标数值
、
第三目标数值和第四目标数值，并根据第一目标数值
、
第二目标数值
、
第三目标数值和第四目标数值对瞬态及稳态振动响应模型进行时域求解，即可得到带冠叶片在不同共振条件下的稳定响应，本申请构建的瞬态及稳态振动响应模型能够快速的得到带冠叶片在不同共振条件下的稳定响应，能够高效分析不同共振条件下带冠叶片的动力学特性问题，解决了无法高效分析不同共振条件下带冠叶片的动力学特性的问题
。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明
。
[0023]图1为本专利技术实施例的带冠叶片的弯曲振动响应分析方法的流程示意图；
[0024]图2为分析结构的示意图；
[0025]图3为相邻带冠叶片之间法向正压力和切向摩擦力示意图；
[0026]图4为相邻叶冠在一个稳态振动周期内的切向摩擦力关于接触面切向相对位移的
滞回曲线图；
[0027]图5为模态空间叶片振动模型进行迭代更新的流程图；
[0028]图6为本专利技术实施例的带冠叶片的弯曲振动响应分析系统的结构示意图
。
具体实施方式
[0029]下列实施例是对本专利技术的进一步解释和补充，对本专利技术不构成任何限制
。
[0030]以下结合附图描述本专利技术实施例的带冠叶片的弯曲振动响应分析方法
、
系统
、
设备及介质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
带冠叶片的弯曲振动响应分析方法，其特征在于，包括：构建带冠叶片分析模型，基于所述带冠叶片分析模型，确定相邻叶冠之间的法向正压力和叶冠之间的切向摩擦力；对所述法向正压力和所述切向摩擦力进行线性化分析，构建所述法向正压力对应的第一等效刚度和第一等效阻尼，以及所述切向摩擦力对应的第二等效刚度和第二等效阻尼；根据所述第一等效刚度
、
第一等效阻尼
、
第二等效刚度和第二等效阻尼，将叶片位移按模态展开，并基于伽辽金法确定模态空间叶片振动模型，所述模态空间叶片振动模型表征了带冠叶片运行时带冠叶片的弯曲位移振幅与振动频率之间的关系；对模态空间叶片振动模型进行模态分析，确定叶片基础模态；判断所述叶片基础模态满足的共振条件，基于所述叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型；对模态空间叶片振动模型进行迭代计算，得到所述第一等效刚度对应的第一目标数值
、
第一等效阻尼对应的第二目标数值
、
第二等效刚度对应的第三目标数值和第二等效阻尼对应的第四目标数值；根据所述第一目标数值
、
第二目标数值
、
第三目标数值和第四目标数值对瞬态及稳态振动响应模型进行时域求解，确定带冠叶片在不同共振条件下的稳定响应
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一等效刚度
、
第一等效阻尼
、
第二等效刚度和第二等效阻尼，将叶片位移按模态展开，并基于伽辽金法确定模态空间叶片振动模型，公式如下：振动模型，公式如下：振动模型，公式如下：振动模型，公式如下：振动模型，公式如下：振动模型，公式如下：振动模型，公式如下：其中，表示模态空间叶片振动模型，
q
k
为第
k
阶模态坐标，表示对
q
k
求一阶导数和二阶导数，
c
k
表示第
k
阶模态阻尼，
c
v
表示叶片阻尼系数，
ω
k
表示第
k
阶模态频率，
m
l
表示叶片单位长度质量，
m
k
表示第
k
阶模态质量，
m
s
表示叶冠质量，
γ
k
为叶片第
k
阶弯曲振动模态，
γ
′
k
、
γ
″
k
分别表示对
γ
k
求
一阶导数和二阶导数，
L
表示叶片长度，
c
n
、c
f
分别表示第一等效阻尼和第二等效阻尼，
k
n
、k
f
分别表示第一等效刚度和第二等效刚度，
g
k,1
、g
k,2
、g
k,3
表示预设系数，
e
为轮毂半径，
Ω
表示叶片旋转角速度
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，判断所述叶片基础模态满足的共振条件，基于所述叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型，公式如下：基于所述叶片基础模态与气动载荷的影响，确定瞬态及稳态振动响应模型，公式如下：其中，表示瞬态及稳态振动响应模型，
f
k
表示气动载荷，
Q
表示叶片气动力，
l
为转子静叶数，
t
表示时间
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过对模态空间叶片振动模型进行迭代计算，得到所述第一等效刚度对应的第一目标数值
、
第一等效阻尼对应的第二目标数值
、
第二等效刚度对应的第三目标数值和第二等效阻尼对应的第四目标数值，包括：
S51、
获取弯曲位移振幅
B”的初值，以及所述第一等效刚度对应的第一初始数值
、
第一等效阻尼对应的第二初始数值
、
第二等效刚度对应的第三初始数值和第二等效阻尼对应的第四初始数值；
S51、
通过龙格
‑
库塔法求解模态空间叶片振动模型，得到弯曲位移振幅
B
t
，以及更新后的第一初始数值
、
第二初始数值
、
第三初始数值和第四初始数值；
S52、
将弯曲位移振幅
B
t
作为新的弯曲位移振幅
B”，以及将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华，田灿，于子峰，李志勇，李秋娟，张丽稳，刘峻峰，肖旺，李春禹，刘海涛，邵强，刘少山，古自强，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司，
类型：发明
国别省市：