葉輪葉片振動模態(tài)分析與實驗研究.pdf

1、模態(tài)分析是研究各種機械的動態(tài)特性，建立動力學(xué)模型，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化必不可少的一種分析技術(shù)。近年來在航空航天領(lǐng)域里顯示了巨大的作用，在葉輪機械部件振動特性的研究中也取得了很好的效果。
　　 對葉輪葉片振動特性進(jìn)行研究，模態(tài)分析是一種十分有效的方法。通過模態(tài)分析可以得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。一方面可以使葉輪工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離共振轉(zhuǎn)速，即避免外力頻率接近葉片固有頻率使葉片振動劇烈產(chǎn)生疲勞損傷。另一方面，當(dāng)葉片結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時，如出現(xiàn)裂紋、松動、零

2、部件損害等情況，結(jié)構(gòu)物理參數(shù)會發(fā)生變化，其特征參數(shù)如固有頻率、模態(tài)阻尼、振型、頻響函數(shù)、相干函數(shù)等亦隨之改變。根據(jù)這些參數(shù)的變化情況，可以判斷出故障類型，有時還可以判斷出故障位置。如根據(jù)模態(tài)頻率的變化判斷裂紋的出現(xiàn)，根據(jù)振型的分析判斷裂紋的位置。
　　 本文以葉輪葉片振動分析理論為基礎(chǔ)，對葉片的結(jié)構(gòu)、振型、固有頻率進(jìn)行了理論分析。利用有限元分析軟件ANSYS對某實驗葉輪進(jìn)行了模態(tài)分析。采用ANSYS仿真和基于應(yīng)變片測試實驗兩種方

3、法研究了葉片在各種轉(zhuǎn)速下的振動應(yīng)變情況，給將來建立監(jiān)測葉輪葉片應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其故障診斷的系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。本文的具體工作如下：
　　 (1)介紹了葉輪葉片的結(jié)構(gòu)，對葉片的振型進(jìn)行了分析，并推導(dǎo)了葉片振動的固有頻率計算公式。根據(jù)振動學(xué)理論，建立了葉輪葉片振動的運動微分方程。
　　 (2)利用ANSYS有限元軟件對葉輪葉片進(jìn)行了模態(tài)分析，對前五階固有頻率進(jìn)行有限元計算，同時得到葉輪葉片前五階振型并詳細(xì)分析了葉片振動的類型、變形和