非惯性系下旋转柔性叶片的动力学分析

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1、万方数据第30卷第4期2009年4月哈尔滨工程大学学报JournalofHarbinEngineering—UniversityVoL30№．4Apr．2009非惯性系下旋转柔性叶片的动力学分析吴艳红1，韩广才2，周凌2(1．哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：旋转柔性叶片是汽轮机关键零部件，针对叶片振动损伤问题，考虑经历大范围运动的柔性叶片刚性运动与弹性变形运动之间的相互耦合，应用哈密顿原理建立了旋转柔性叶片非线性动力学控制方程．考虑旋转离心惯性力的影响以及轴向变形与横向变形之间的耦合，基于假设模态法对方

2、程进行离散，研究了不同转速下梁端部位移的响应．研究结果表明，刚性旋转运动对柔性叶片端部位移的响应具有明显的影响，并且由于离心力的存在，出现了动力刚化现象，文中所用方法及数值仿真结果可用于研究旋转柔性叶片的振动失效问题．关键词：旋转柔性叶片；刚．柔耦合；哈密顿原理；动力刚化中图分类号：TK421．5文献标识码：A文章编号：1006-7043(2009)04-0417-06Dynamicanalysisofrotatingflexiblebladesinanon-inertialcoordinatesystemwuYan．hon91，HANGuang．cai2，ZHOULin92(1．Colle

3、geofMechanicalandElectricalEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China；2．CollegeofAerospaceandCivilEngineering，HarbinEngineeringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Rotatingflexiblebladesarekeycomponentsinsteamturbines．Toanalyzevibrationalfailureofrotatingbladesduetothecouplingofel

4、asticdeformationandrotatingrindmotionunderlarge-scalemotion，non—lineardy·namicalcontrolequationswerederivedbasedontheHamiltonprinciple．Displacementresponsesofbladetipswerestudiedandsimulatednumericallybasedontheassumedmodemethod，consideringtheinfluenceofrotatingeentriGugalinertialforceandthecouplin

5、gofaxialdeformationandtransversedeformation．Resultsshowedthatrigidrota—tionalmotionhassignificantinfluenceondisplacementresponsesofbladetips，andthephenomenonofdynamicstiffeningresultsfromtheexistenceofcentrifugalinertialforce．Results百veninthispapercanbeusedinthestudyofvibrationalfailureofrotatingfl

6、exibleblades．K_eywords：rotatingflexibleblade；couplingofrigidmotionandflexibledeformation；Hamiltonprinciple；dyllamiestiffening旋转梁经常被用做螺旋浆叶片、汽轮机叶片以及卫星天线等～些结构的动力学模型．旋转梁的振动问题已被广泛研究¨4J．其动力学行为与固定端悬臂梁的振动有本质的区别，汽轮机叶片作为实际构件其动力学行为已是汽轮机技术中的重要问题和关键技术．传统的建模采用Yd,变形理论得到的动力学模型为零次近似模型，1987年Kane对旋转柔性梁的动力学问题进行了较精确的表述

7、和研究HJ，并提出了“动力刚化”概念，从而使零次近似模型在处理大范围收稿日期：2007．11-22．基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目(A2004-07)．作者简介：吴艳红(1974．)，女，副教授．博士。E-mail：wuyanhong@hr-beu．edu．cm旋转梁的动力分析中产生错误，目前人们对于旋转叶片的刚柔耦合问题进行了深入研究”‘7J．该文在文献[7]的摹础上考虑离心力势能采用Hamilto