燃气轮机拉杆转子动态特性建模及计算方法研究

摘要

拉杆转子是燃气轮机的核心部件，其动力特性在一定程度上决定燃气轮机整体工作性能。近些年来，考虑接触面效应的燃机转子模型越来越多，其对实际转子的动力特性模拟已经达到较高的精度，但是始终存在一定的误差。其误差来源是多方面的。因此有必要对模型建立中各处误差进行详尽分析，以进一步提高拉杆转子建模精度。
　　本文针对某分布式拉杆转子模型，从粗糙面的微观形貌特征入手，对GW模型中两个假设的影响进行了分析和处理，定量求解其法向接触刚度。其次，给出了ANSYS建模中转子各部件对应单元选取依据以及模态提取法带来的影响，详细分析了接触单元参数的求解过程。随后，分别采用直接有限元法和实体法对实验转子进行建模，详细对比了两种模型结果，综合比较了两种方式的优劣，给出了模型误差分析和建议。最后，定性讨论了分布式拉杆转子受温度影响下的动力特性变化规律，建立实际转子温度场模型，与实测数据进行比较，验证了结论的正确性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 燃气轮机转子研究现状

1．2．1 两种拉杆转子的比较

1．2．2 拉杆转子动力学特性研究现状

1．3 粗糙面接触理论研究现状

1．3．1 微凸体接触特性研究

1．3．2 微凸体统计学分布规律研究

1．4 温度场下的拉杆转子动力特性研究

1．5 本文主要研究内容

第二章 粗糙接触面特性分析及简化

2．1 粗糙接触面理论基础

2．1．1 加工面的微观形貌特征

2．1．2 粗糙表面的接触规律

2．2 拉杆转子轮盘接触面的简化

2．2．1 对宏观影响因素的简化

2．2．2 对微观影响因素的简化

2．3 微凸体接触模型

2．3．1 Hertz弹性接触公式

2．3．2 描述微凸体分布的GW模型

2．3．3 微凸体几何参数对接触的影响

2．3．4 微凸体弹塑性对接触的影响

2．4 简化后的模型特性

2．5 模型中的两个问题及处理

2．5．1 全区间分布密度函数的影响

2．5．2 期望值m与一致半径βm的关系

2．5．3 模型的修正

2．5．4 载荷与距离关系的局部特性

2．6 本章小结

第三章 模型中的简化和参数设定

3．1 单元划分的基本原则

3．2 建模单元和数据处理

3．2．1 接触面的建模

3．2．2 标准元件的建模

3．3 后处理中的模态提取法

3．4 本章小结

第四章 模型的建立与模态分析

4．1 有限元法建模

4．1．1 有限元模型的建立

4．1．2 轴承动力特性参数的影响

4．1．3 与文献中数据对比

4．1．4 与连续转子对比

4．1．5 与实验转子对比

4．1．6 与实际轮盘转子模型对比

4．2 实体建模

4．2．1 实体模型的网格剖分

4．2．2 接触面单元的计算

4．2．3 实体模型的建立

4．2．4 等分数n的影响

4．2．5 与实验数据对比

4．3 两种建模方式的对比

4．3．1 模型中的误差

4．3．2 数据精度

4．3．3 建模过程

4．4 本章小结

第五章 温度场下的拉杆转子动力特性

5．1 拉杆力变化的影响

5．1．1 二次线性拟合下接触面刚度矩阵的求取

5．1．2 拉杆力对固频的影响

5．1．3 温度场对拉杆力的影响

5．2 杨氏模量变化的影响

5．3 某实际转子温度场下的动力特性

5．3．1 模型的简化和参数选取

5．3．2 轴系剖面的温度场模型

5．3．3 实际转子温度场下的动力特性变化规律

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

附录

参考文献

致谢

作者在读硕士期间发表的论文