基于分形接触理论的拉杆转子结合面热阻特性研究

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1、学校代码：10259学号：156091304密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：基于分形接触理论的拉杆转子结合面热阻特性研究英文题目：ThermalResistanceCharacteristicsResearchonRodFasteningRotorJunctionSurfaceBaseontheFractalContactTheory专业：机械设计及理论学院：机械工程学院研究方向：拉杆转子结合面力学特性研究姓名：李俊南指导教师：张锁怀教授2018年6月5日基于分形接触理论的拉杆转子结合面热阻特性研究摘要拉杆转子作为燃气轮机的核心部件，其存在大量结合面，整体

2、构架上是非连续的，这使得其动力学、热力学分析较整体转子更为复杂。本文基于分形接触理论，运用理论分析和试验研究的方法，对拉杆转子的动力学及结合面接触传热特性进行了研究。根据分形接触理论，对拉杆转子轮盘接触面间的静摩擦系数进行了数值仿真和试验研究，研究具有不同粗糙度的车削加工金属轮盘表面、在不同法向载荷作用下，其静摩擦系数的变化规律。研究了系统临界转速随拉杆预紧力、轮盘接触面粗糙度、转子温度的变化规律。研究发现，当粗糙度一定时，临界转速随拉杆预紧力的增加而上升；当拉杆预紧力一定时，临界转速随粗糙度减小而上升；在相同粗糙度和拉杆预紧力作用下，转子温度升高，系统的临界转速将下

3、降。以拉杆转子轮盘结合面接触热阻为研究对象，建立了拉杆转子轮盘结合面接触热阻分形模型。分析了轮盘结合面接触热阻随拉杆预紧力、轮盘表面粗糙度及结合面温度的变化规律。使用有限元软件计算了不同工况下拉杆转子的温度场分布。设计搭建了试验平台，测量了拉杆转子温度场分布规律，校核了理论模型的适用性。研究发现，结合面接触传热系数随着拉杆预紧力增大而增大；随着轮盘表面粗糙度的增大而减小；随着结合面温度的上升先增大、后减小、再增大，但总体上呈增大趋势。关键词：拉杆转子；分形接触理论；结合面；动力学分析；接触传热；ThermalResistanceCharacteristicsResea

4、rchonRodFasteningRotorJunctionSurfaceBaseontheFractalContactTheoryAbstractAsthemostimportantpartofgasturbinecomponents,therearelotsofjointsurfacesoftherodfasteningrotor,andthewholeframeisdiscontinuous,whichmakesthedynamicsandthermodynamicsanalysismorecomplicatedthanthewholerotor.Thispap

5、erisbasedonthefractalcontactingtheory.Usingtheoreticalanalysisandexperimentalverification,thedynamiccharacteristicofrodfasteningrotorwasanalyzedandthethermalresistancecharacteristicsresearchonrodfasteningrotorjunctionsurfacehasbeendone.Accordingtothefractalcontactingtheory,thestaticfric

6、tioncoefficientbetweenthejointinterfacesoftheplatesoftherodfasteningrotorwasresearchedbynumericalsimulationandtestingmethod,Thevariationofthestaticfrictioncoefficientoftheplatesoftherodfasteningrotorwithdifferentroughnessunderdifferentnormalloadisstudied.Thechangesofthecriticalspeedofth

7、esystemwiththepretensionoftherod,theroughnessofthewheeljunctionsurfaceandthetemperatureoftherotorwerestudied.Itisfoundthatwhentheroughnessiscertain,thecriticalspeedincreaseswiththeincreaseofthepretensionoftherod,andthecriticalspeedincreaseswiththedecreaseoftheroughnesswhenthepr