资源描述：
《毕业设计（论文）-预应力对高速旋转轮盘模态的影响分析》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、辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1绪论1.1问题的提出轮盘是发动机的重要零件之一,亦是主要受力零件.轮盘结构复杂,转速高,其工作条件十分恶劣,设计要求高、难度大.轮盘不仅在高转速下承受较大的外负荷,由于结构要求,大部分轮盘都开有中心孔或其它通气孔,还开有榫槽以便于与叶片联接,造成轮盘局部应力集中.涡轮盘的径向、轴向还有较大的温差,承受很大的热应力,承受工作转速和温度循环变化的疲劳应力.涡轮发动机常见的轮盘故障之一就是轮盘由于共振而产生的开裂破坏.如某型发动机压气机九级盘曾发生轮缘爆破破坏,造成重
2、大故障,其原因是轮盘产生了一阶伞型振动的共振,导致轮缘产生疲劳损伤而爆破.由于日益追求发动机重量轻和寿命长，轮盘结构日趋轻型化,轮盘做得很薄。因此在高负荷、长寿命的工作情况下,轮盘因振动疲劳而断裂的故障有所增多。旋转轮盘在高速旋转状态下会表现出与低速或非旋转状态下迥异的力学性能。许多转子机械受刚度特性和非保守效应的阻尼特性的影响，其运转工况下的动态性能与静止时相比有很大的差异。在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其
3、工作转速尽量远离转子系统的固有频率以避免由于共振而产生开裂破坏。而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。为此，在进行模态分析时需要考虑离心力引起的预应力的影响。如果忽略了预应力的影响就会使原有的系统遭到破坏，降低系统的稳定性和可靠性。因此掌握高速旋转轮盘运转工况各种转速下的动力特性，对于了解不平衡振动响应以及可能出现的不稳定性等均有实际意义。1.2国内外研究现状轮盘是旋转机械中的常见部件，如水泵叶轮、风机叶轮轮盘、汽轮机转子上的轮盘等，它的强度、振动是设
4、计、加工中重点考虑的问题之一。由于轮盘结构复杂,因此，在利用有限元分析计算时，建模是很重要的一个环节。文献[1]采用在UG上进行几何建模，运用NASTRAN建立有限元模型，对轮盘进行静强度分析和模态分析。MSC.NASTRANforwindows4.0(MSC.N4W是MSC公司推出的最新的运行于windows环境的有限元分析工具。它可以在windows95或windowsNT下运行。MSC.N4W可以进行静力、模态、屈曲、热传导、动力学、非线性和设计优化等各种类型分析。MSC.NASTRAN拥
5、有综合全面和先进的网格划分技术，根据不同的几何模型提供了多种不同的生成和定义有限元模型工具，包括:73辽宁工程技术大学毕业设计（论文）网格划分、边界和载荷定义。预应力技术能在不增加零件尺寸及材料性能的前提下，提高其承载能力，使用性能及工作寿命。它是使零件在承受工作载荷之前被施加一定的反向预应力，当其承受工作载荷时，工作应力与预应力叠减，从而使零件的实际应力得以减小，承载能力提高，变形量减小，寿命延长。对于以离心力为其主要工作荷载的高速旋转零件。如离心压缩叶机，高速泵叶轮，高速旋转刀具等，也可以通
6、过预应力处理来提高其承载能力，延长寿命。文献[2]从基本理论出发，对该类零件在一定转速下的动态固有频率作三维有限元分析。经过理论分析和实例证明，由于离心力的影响，旋转轮盘低阶模态的动态固有频率增加较大。另外，轮盘的厚度越薄，转速越高，其影响也越大。文献[3]采用激光全息干涉法对某型发动机一级压气机盘进行振动试验研究,在0～15000Hz频率范围内获得了7个振动模态的静频及振型,并根据试验结果研究该轮盘的行波振动,分析轮盘的共振特性及临界转速。文献[4]用有限元等数值分析的方法，探讨了叶片动力刚化
7、对其振动特性的影响。利用国际流行的有限元分析软件ANSYS，对某型压气机的盘鼓在工作过程中的应力状态以及振动模态进行了仿真计算。文献[5]针对600MW汽轮发电机组低压转子-轴承系统,建立了整轴模型和低压转子模型,采用有限元分析软件ANSYS进行模态分析时提出使用Lagrange乘子法来处理约束方程，计算汽轮机转子的固有频率和临界转速,从而避免工作转速达到临界转速产生共振现象，最后通过临界转速和振型图分析了低压转子的特性。文献[6]简述了通过预应力提高旋转零件承载能力与寿命的基本原理，给出了最低
8、及最高两个极限试验转速，并对试验设备的技术性能提出要求。随着制造水平的提高以及对新型轴承结构的理论探索,外存储器正朝着超大容量、高数据传输率和小尺寸方向发展.这意味着存储器主轴转速将越来越快,盘片的厚度越来越薄,因此,盘/轴系统高速旋转时,盘片的弹性变形主要源于旋转时的轴对称膜应力-离心力,且盘片的变形将对整个系统的动态特性及性能影响最大.国内曾用理论计算和实验方法研究过磁盘在不旋转时的自由振动和动态特性,并给出了部分振动模态图.文献[7]研究给出了盘/轴系统高速旋转时盘片振动模态的计算方法,并
