[发明专利]一种叶轮机械气动阻尼计算方法

权利要求书

1.一种叶轮机械气动阻尼计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，针对研究对象，对其进行模态分析，提取内部节点的质量归一化振型及固有频率；

步骤2，通过提取的振型文件以及频率数据，编制研究对象的模态激振力文件，并将其加入到研究对象瞬态结构计算文件中；

步骤3，计算加载模态激振力后研究对象在真空中的位移响应，并监测振动最大点的位移响应时域曲线；

步骤4，进行研究对象流场定常计算，以定常结果作为初始条件，进行流固耦合计算，其中结构输入文件采用加载模态激振力的瞬态结构计算文件；

步骤5，迭代耦合计算过程中流体域和固体域分别进行各域控制方程求解，通过耦合交界面上将位移及压力依据协调条件进行转换，在同一时间步内相互交换、反馈信息并反复求解，直至结果趋于稳定，从而达到整体耦合求解的目的；流固耦合计算中除了叶片表面采用流固耦合交界面外，其他边界条件和定常一致，计算中写出每一个时间步的瞬时结果文件；通过流固耦合计算可以得到叶片在流场中的响应，计算中需要监测叶片振动最大点的位移响应时域曲线；

步骤6，叶片在流场中振动受到的总阻尼包括气动阻尼以及非气动阻尼；

步骤7，通过步骤6中得到的非气动阻尼和总阻尼，得到气动阻尼；

步骤2中所述的编制研究对象的模态激振力文件，过程如下：

首先，为了实现叶片不同振型及耦合振型振动，将激振力和模态振型相关联，定义模态激振力如下：

其中：t表示时间，T_f表示激振力加载时间，表示叶片表面第i个节点的激振力，A_k表示对应第k阶模态的激振力幅值，表示叶片第k阶模态归一化振型，相应的表示第i个节点对应该振型的振动位移，f_k表示叶片第k阶模态振动频率，为激振力初始相位，M表示关注的叶片振动模态数；

其次，根据需求设定激振力幅值A_k，激振力时间T_f，激振力相位激振力幅值和时间的选取保证叶片在真空中被激励后的最大振动位移为叶尖弦长的1％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述的瞬态结构计算文件中加入了模态激振力。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：总阻尼通过流固耦合计算叶片的位移响应获得。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：非气动阻尼通过叶片在真空中的振动响应获得。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于步骤3得到的叶片监测点在真空中的位移响应时域曲线，借鉴自由振动阻尼测试的对数衰减思想，以自然对数函数为拟合基函数，采用最小二乘法，从激振力加载的最终时刻开始拟合响应曲线的包络线，获得非气动阻尼，拟合基函数定义为式中ξ即为阻尼比，ω为叶片振动圆频率，A,A₀,t₀,ξ即可通过最小二次拟合振动位移包络线获得。