旋转叶片空间振动非线性动力学特性分析
作者单位:北京工业大学机电学院 机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室
会议名称:《第十届动力学与控制学术会议》
会议日期:2016年
学科分类:08[工学] 080101[工学-一般力学与力学基础] 0801[工学-力学(可授工学、理学学位)]
基 金:国家自然科学基金优秀青年基金项目(11322214) 国家自然科学基金项目(11172010)
关 键 词:旋转叶片 欧拉-伯努利梁 空间耦合振动 非线性动力学方程
摘 要:叶片作为高速旋转机械中至关重要的构件,其任何微小的不稳定都将对整个机构产生巨大的影响。处于恶劣工作条件下的高速旋转叶片振动故障多发,而且其故障发生和发展具有快速和破坏性极大的特点,这些都是制约旋转机械可靠性、耐久性的重要因素。由此可见,叶片的动力学性能对于旋转机械的安全寿命和性能都具有决定性的影响,对旋转叶片建立恰当的动力学模型并进行相应分析非常有必要。本文将高速旋转叶片简化为带有预安装角及预扭转角的旋转欧拉-伯努利梁模型,利用欧拉坐标转化推导出梁的动能,考虑曲率非线性及大转角非线性,进而求出旋转欧拉-伯努利梁的势能,利用哈密顿原理得到梁在三维空间的弯曲-弯曲-扭转-拉伸耦合非线性动力学方程。继而应用假设模态法对相应动力学方程进行Galerkin离散,将偏微分方程转化为常微分方程,求解分析了叶片的振动频率及动力学特性,并探究了直接由偏微分方程求解模态的方法,使旋转欧拉-伯努利梁的理论研究更加完善,对新叶片的设计和振动故障的排除等方面有很大意义。