带锯齿冠叶片振动特性的数值模拟

王小宁, 陈 勇, 杜朝辉, 欧阳华

(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240)

汽轮机叶片是汽轮机的关键零件,承担着把蒸 汽热能转化为机械能的重要任务,对汽轮机的安全运行至关重要[1].在工程实际应用中,带锯齿冠叶片得到了大量使用.叶片在气流周期性扰动力作用下可能会发生异常振动,导致高周或低周疲劳失效.利用叶冠之间的干摩擦产生阻尼,是一种有效抑制叶片振动、降低叶片动应力的方法,因此,有必要对带锯齿冠叶片的振动特性进行研究.

本文以某汽轮机带锯齿冠动叶片为研究对象,计算了其固有频率和模态,并基于“滞后”弹簧摩擦模型,分析了其干摩擦阻尼减振特性.

1 “滞后”弹簧摩擦模型

在研究摩擦阻尼器时,用来描述作用于接触面上的干摩擦力的数学模型主要有两种[2-3]：库仑摩擦模型与“滞后”弹簧摩擦模型.但是,采用库仑摩擦模型不能准确表达出相对位移较小时的力学关系;而在“滞后”弹簧摩擦模型(图1)中,接触面之间的滑移不是突然发生的,当滑动载荷小于临界摩擦力时,接触点存在一定的弹性变形,叶片仍可以存在一定的振幅,只有当叶片振幅过大,滑动载荷大于临界摩擦力时,摩擦接触点之间才产生相对滑移.假设位移x作正弦变化时,“滞后”弹簧摩擦模型的力与位移的关系示于图2.从图2可看出：该“滞后”弹簧摩擦模型的轨迹为闭合的平行四边形.由于这种模型更接近实际,因此,在对叶片进行的……