[发明专利]一种叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法

说明书

本发明公开了一种叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法，采用三维有限元建模方法建立叶盘结构的定量分析模型，采用复特征值分析方法获得叶盘固有频率的虚部随转速的变化曲线，利用所获得的曲线与激励频率随转速变化曲线的交点以及多个模态下的响应幅值的最大值确定调谐质量阻尼器阵列的工作转速与固有频率，依此进行调谐质量阻尼器阵列中振子的结构参数设计，实现叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计。本发明方法为调谐质量阻尼器阵列的匹配动态设计提供一种有效方法，为调谐质量阻尼器阵列在叶盘减振中的应用提供保障。

技术领域

本发明属于减振结构动态设计领域，更具体地说是涉及一种叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法。

背景技术

叶盘是指在轮盘周边分布有叶片的构件，叶盘是很多大型旋转机械中的核心部件，其性能在很大程度上决定了旋转机械的性能。叶盘往往运行在恶劣工况下，工况多变、振动形式复杂、激励频带宽。随着设计性能的不断提升，叶盘振动问题日益突出，已成为阻碍其性能持续提升的一大障碍。近年来，叶盘的振动控制问题成为国内外研究的热点，已出现有摩擦阻尼环、硬涂层阻尼、压电阻尼等各种振动控制方法，但这些方法存在着减振效果不理想、实施难度大、难以适应叶盘复杂恶劣运行环境等问题。摩擦阻尼环的减振效果依赖于叶片与轮盘的振动耦合，由于轮盘的振幅往往较低，且对失谐较不敏感，导致摩擦阻尼环的减振效果不够理想；摩擦阻尼环的安装方式导致其易脱落，影响装备的安全；硬涂层阻尼需要在叶片表面涂敷阻尼涂层，这会影响叶盘的气动性能，也会加大整体叶盘设计与制造的难度，在实际应用中具有一定的难度。压电阻尼在实施中需要多种电子元器件组成电路，在叶盘的复杂恶劣运行环境下，保证电子元器件长期可靠工作存在较大难度。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法，通过动态设计实现叶盘与调谐质量阻尼器阵列的匹配，为调谐质量阻尼器阵列在叶盘减振中的应用提供保障。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法的特点是：采用三维有限元建模方法建立叶盘结构的定量分析模型，采用复特征值分析方法获得叶盘固有频率的虚部随转速的变化曲线，进而通过所获得的曲线与激励频率随转速变化曲线的交点以及多个模态下的响应幅值的最大值确定调谐质量阻尼器阵列的工作转速与固有频率，依此进行调谐质量阻尼器阵列中振子的结构参数设计。

本发明叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法的特点也在于：所述叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的结构形式是：

所述叶盘是在轮盘的周边分布有叶片；所述调谐质量阻尼器阵列是由环状支撑结构和调谐质量阻尼器振子构成，所述调谐质量阻尼器振子沿圆周固定在环状支撑结构中，环状支撑结构贴合在轮盘的内侧壁上；利用调谐质量阻尼器振子在减振频率范围内吸收叶盘结构的部分能量，降低叶盘的振动幅值；所述调谐质量阻尼器振子是将质量块由弹性梁以悬伸的形式固定在环状支撑结构中，由质量块的质量和弹性梁的刚度共同决定振子固有频率；所述环状支撑结构为环形框架结构，是由内环框、外环框和隔板构成多个周向分布的容腔，调谐质量阻尼器振子设置在各容腔中；所述调谐质量阻尼器阵列是以过盈配合的方式装配在轮盘的内表面，在叶盘的运行中，调谐质量阻尼器阵列保持与轮盘相贴合。

本发明叶盘减振结构中调谐质量阻尼器阵列的动态设计方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、按如下方式计算获得叶盘前S阶固有频率的虚部随转速的变化曲线，并确定调谐质量阻尼器阵列的减振点：

步骤1.1：采用三维有限元建模方法建立叶盘结构的定量分析模型，由有限元软件分别导出叶盘模型的质量矩阵M、弹性刚度矩阵K_e、科氏力矩阵C_cor、旋转软化矩阵K_d和与叶盘转速Ω相关的应力钢化矩阵K_s(Ω)，建立叶盘结构自由振动的动力学方程如式(1)：