[发明专利]一种改进的旋转叶片-柔性机匣碰摩力确定方法

摘要

本发明涉及一种改进的旋转叶片‑柔性机匣碰摩力确定方法，属于叶片‑机匣系统碰摩动力学建模领域。其特征是考虑了叶片的离心刚化、旋转软化、科氏力效应以及与机匣碰摩导致的碰摩软化效应，同时，机匣采用带有弹簧支撑的柔性环来模拟，能考虑因碰摩产生的整体和局部变形。此外，本发明还建立了叶片‑机匣碰摩的新的碰摩力表征模型。本发明能够反映机匣半径、厚度等参数对叶片‑机匣碰摩力的影响，更能真实刻画真实叶片‑机匣的碰摩机制。与采用传统的有限元分析相比，该发明具有较高的计算效率和精度。此外，该发明还能极大地降低试验成本，并为叶片‑机匣系统结构的设计提供参考，以提升系统的性能和安全性。

主权项

1.一种改进的旋转叶片-柔性机匣碰摩力确定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，确定旋转叶片的柔性变形；/n将叶片简化为Timoshenko梁模型，计算叶片所受的离心力、气动力、法向接触力以及摩擦力；/n步骤1-1，计算微元体的离心力为：/ndf(x)＝ρAω²(R_d+x)dx (1)/n式中，ρ为材料密度；A为叶片截面面积；ω为叶片旋转角速度；R_d为叶片圆盘半径；x为叶片上任意点距叶片悬臂端的水平距离；/n步骤1-2，将法向接触力，摩擦力和离心力分解为：/n /n式中，F_n为法向碰摩力；L为叶片长度；F_t为摩擦力；θ_L为叶尖到圆盘圆心的线段与水平方向的夹角；θ_x为叶片上一点到圆盘圆心的线段与水平方向的夹角；/n步骤1-3，根据叶片上的力平衡和力矩平衡关系，并去掉高阶小量推导叶片的挠度曲线为：/n /n其中/n式中，μ为摩擦系数；E为杨氏模量；I为截面惯性矩；F_e为叶片所受的气动力；/n步骤2，根据能量法推导柔性机匣的变形，所述的机匣采用柔性环建模；/n步骤2-1，计算柔性环的弹性势能为：/n /n式中，E_c为柔性环的杨氏模量；I_c为柔性环截面惯性矩；R_c为机匣半径；u_s径向柔性位移；/n步骤2-2，依据功能互等定理，外力做功为：/n /n步骤2-3，计算机匣结构刚度K_s为：/n /n步骤3，推导准静态碰摩力模型；/n步骤3-1，计算叶片径向位移为：/n /n式中，u_L为叶片的径向位移；y(x)为叶片的挠度曲线；/n步骤3-2，根据弹性协调相容条件，叶片-机匣碰摩过程中的侵入深度δ(F_n)为：/n /n式中，u_cn为沿碰摩法向机匣的平动位移；u_sn为沿碰摩法向机匣的弹性位移；/n步骤3-3，将机匣结构刚度和叶片径向位移带入叶片-机匣碰摩的侵入深度表达式，并去掉高阶小量，得到法向碰摩力表达式为：/n /n其中，/n