高速旋转圆盘片振动特性与失稳抑制研究

《高速旋转圆盘片振动特性与失稳抑制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高速旋转圆盘片振动特性与失稳抑制研究InvestigationsonVibrationandInstabilitySuppressionofHigh-speedRotatingDisk作者姓名：李稳作专业名称：机械设计及理论指导教师：裴永臣副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要高速旋转圆盘片振动特性与失稳抑制研究作为旋转机械中的典型结构，旋转圆盘片在工程中有着广泛应用，对高速旋转圆盘片系统及其附属结构开展振动特性研究和性能改进具有重要学术意义和工程应用价值。针对高速旋转柔性圆盘片工作中的机械振动问题，本文理论与实验相结合地研

2、究了高速旋转柔性圆盘片的基本振动原理和特性，理论上探讨了基于内缘温升热应力来提升柔性圆盘片临界转速并改善其振动稳定性的措施。首先，本文对单一旋转圆盘片进行研究，建立旋转圆盘片的数学模型，并根据应用背景设定相应边界条件。对得到的旋转圆盘片偏微分方程及其边界条件进行周向傅里叶级数展开和径向有限单元法处理，推导得到盘片的振动常微分方程组。数值分析不同转速下旋转圆盘片的固有频率特性、基本模态振型和不同厚度下的临界转速特性，研究旋转圆盘片的自由和脉冲响应、重力作用下的稳态变形、空气提升力对其振动特性影响。其次，开展旋转圆盘片的振动测试实验，研究旋转圆盘片

3、在不同转速下的振动特性。设计实验方案，搭建实验台，对实验中的主要仪器和设备进行标定，包括电机的转速标定与位移传感器的位移标定。利用电磁铁对不同转速下的旋转圆盘片进行脉冲激励，使用拾音器与位移传感器对旋转圆盘片的声学和振动响应进行数据采集，最后对实验数据进行傅里叶变换处理，得到旋转圆盘片振动频率随转速变化的曲线，研究和验证理论分析方法的正确性。最后，建立受滑块约束作用旋转柔性圆盘片的热弹性耦合动力学方程和热传导方程数学模型以及对应边界条件。公式推导求解旋转柔性圆盘片的温度分布、热应力和振动位移，得到圆盘片系统的固有频率与稳定性参数。继续分析内缘温

4、升热应力对处于不同条件下旋转圆盘片系统振动特性的影响，探讨内缘温升对旋转圆盘片临界转速提升以及气弹、参数、热弹和复合失稳的抑制效果。本文研究工作对认识高速旋转柔性圆盘片的基本振动特性和改善其运行性能具有一定的理论意义。关键词：旋转圆盘片,振动特性,临界转速,振动测试,热应力,失稳抑制IAbstractInvestigationsonVibrationandInstabilitySuppressionofHigh-speedRotatingDiskAsatypicalstructuralelementofrotatingmachinery,rot

5、atingdisksarewidelyusedinengineering.Ithasimportantacademicsignificanceandengineeringapplicationvalueontheresearchofthevibrationcharacteristicsandperformanceimprovementofhigh-speedrotatingdisksystemanditsattachments.Tosolvetheproblemofmechanicalvibrationofhigh-speedrotatingf

6、lexibledisks,somefundamentalprinciplesandcharacteristicsofvibrationwasstudiedtheoreticallyandexperimentally,amethodwiththermalstressinducedbytemperatureincrementatdiskinneredgewasproposedtoincreasediskcriticalspeedandimprovevibrationstabilityofflexiblerotatingdisk.Firstly,dy

7、namicsofasinglerotatingflexiblediskwasinvestigated.Themathematicalmodelofrotatingdiskwasestablishedanditscorrespondingboundaryconditionswereassignedaccordingtosomeengineeringapplications.WiththemethodofFourierseriesexpansionandradialfiniteelementdiscretization,partialdiffere

8、ntialequationsandboundaryconditionswereconvertedasasetofordinarydifferentia