[发明专利]一种非对称尾部形状水翼的水力阻尼比识别方法

说明书

本发明实施例提供一种非对称尾部形状水翼的水力阻尼比识别方法，包括，产生振动响应；得到振动响应的频率成分；消除干扰，得到滤波后新的振动响应；定位新振动响应的极大值和极小值，并得到振动响应平衡点；拟合所有振动响应平衡点，并得到拟合曲线对应的离散点的位移；通过平衡点之间的振动响应减去离散点的位移，得到校准后振动响应；再次定位校准后振动响应的极大值和极小值；采用对数衰减法基于上下极值点得到水力阻尼比；当上下水力阻尼比相对误差小于0.5％时，取两者平均值为最终值，否则回到S5进行迭代修正。该方法将大幅度提高复杂非定常水力激振条件下叶片结构水力阻尼特性的识别精度，进而提高水下结构流激振动幅值和疲劳寿命预测精度。

技术领域

本发明实施例涉及流固耦合领域，尤其涉及一种非对称尾部形状水翼的水力阻尼比识别方法。

背景技术

由于风能、太阳能等新能源储备的要求，抽水蓄能工程越来越多。水泵水轮机工作时需要频繁地在不同工况间切换，尤其是需要在非设计工况运行，这也增加了叶轮承受高幅值动态结构应力的危险。因此，在设计阶段预测叶轮的疲劳寿命非常重要。通过增大水力机械的阻尼，可以有效地抑制共振时的振幅，提高水力机械系统运行稳定性。对于水力机械而言，由于其内部流速可达40m/s，为高速湍流状态，此时水力阻尼远大于结构阻尼和材料阻尼。水力阻尼比与振动幅值的衰减速度相关，其识别精度对疲劳寿命的预测精度有重要影响。

流体以一定的雷诺数绕流水翼时，会在其尾部形成交替脱落的卡门涡街。对于对称尾部形状水翼，卡门涡引起水翼正背面压力交替对称变化，水翼受到交变载荷激励后产生涡激振动。对于非对称尾部形状水翼，不仅受到涡激振动影响，而且在恒定或动态攻角来流条件下，水翼正背面会有显著的压力差存在。在非定常流动中，涡激振动和压力差导致的升力作用对振动信号产生干扰。消除外力对振动响应的影响，对提高水力阻尼比识别具有重要的作用。

现有的水力阻尼比识别方法，主要针对对称尾部形状的水翼。当尾部不对称时，叶片吸力面和压力面产生的升力作用对振动响应的干扰不可忽略，即使来流条件为零攻角时，水翼仍然会受到较大升力的作用，很难精确地识别水力阻尼比。

发明内容

本发明实施例提供一种非对称尾部形状水翼的水力阻尼比识别方法，以解决现有技术中存在的缺陷，实现在升力作用下也能够精确识别非对称尾部形状水翼的水力阻尼比。

本发明实施例提供一种非对称尾部形状水翼的水力阻尼比识别方法，包括：

S1，激励非对称尾部形状水翼，使其产生振动响应；

S2，通过记录尾部特定位置瞬态变形量，获取水翼的原始振动响应；

S3，得到原始振动响应的频率成分，并确定所需的某一阶模态对应的固有频率范围；

S4，对原始振动响应进行滤波处理，消除其他频率成份的干扰，得到滤波后振动响应；

S5，定位滤波后振动响应的所有极大值和极小值，找到两个相邻极大值和极小值中间时刻对应的点，并将其定义为振动响应平衡点；

S6，采用光滑样条曲线拟合所有的振动响应平衡点，并根据振动响应在第一个振动响应平衡点和最后一个振动响应平衡点之间的时间节点，找到拟合曲线对应的离散点的位移；

S7，将第一个振动响应平衡点和最后一个振动响应平衡点之间的振动响应减去拟合曲线离散点的位移，得到校准后振动响应；

S8，再次定位校准后振动响应的所有极大值和极小值；

S9，采用对数衰减法基于S8中的极大值和极小值得到相应的水力阻尼比；

S10，得到S9中水力阻尼比的相对误差，当相对误差小于0.5％时，取两者平均值为最终水力阻尼比。