[發明專利]一種離心壓縮機裂紋葉輪結構的振動建模與分析方法

有效

• 申請號: 201410195851.6
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN103984813B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 訾艷陽;王帥;李兵;陳景龍;曹宏瑞;成瑋;張春林;萬志國
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種離心壓縮機裂紋葉輪結構的振動建模與分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)首先，通過葉輪一個扇區的有限元模型旋轉變換，得到整個結構的有限元模型；然后，運用混合界面模態綜合法對有限元模型的系統自由度進行縮減，并在系統自由度進行縮減過程中，采用能夠減少計算所需空間的大型稀疏逆矩陣求解方法進行計算，最后，在有限元模型的裂紋界面上定義接觸對，以模擬裂紋的呼吸效應；

2)融合實際葉輪存在的制造誤差及狀態劣化失諧因素，獲得裂紋葉輪結構在隨機失諧模式下結構諧振頻率的統計規律性，建立諧振頻率與裂紋深度和失諧水平間的定量關系，具體步驟包括：

首先，計算裂紋葉輪結構的諧振頻率，將非線性系統近似為雙線性系統；計算中需要的信息為兩個狀態下的固有頻率，狀態一為不考慮裂紋界面的呼吸效應情況，狀態二為約束了裂紋界面間的法向相對運動，釋放了界面間的切向相對運動，則裂紋葉輪結構的第i階諧振頻率f_bi可估計為：

$f_{bi}=\frac{2f_{1i}{f}_{2i}}{f_{1i}+f_{2i}}$

式中，f_1i為系統在狀態一的固有頻率，f_2i為系統在狀態二的固有頻率；

其次，引入簡化的失諧模式來模擬失諧效應，隨機改變各扇區葉片的彈性模量，則第n扇區葉片的彈性模量E_n為：

E_n＝(1+δ_n)E₀

式中，E₀為葉片材料的名義彈性模量，δ_n為服從均勻分布的隨機變量，且均值為0，標準差為σ，將該標準差定義為結構的失諧水平；

最后，采用統計分析的方法分析隨機失諧對諧振頻率的影響規律，所述采用統計分析的方法分析隨機失諧對諧振頻率的影響規律具體包括：

a、先對葉輪結構的失諧水平進行估計，并隨機生成較多數量的隨機失諧模式；

b、采用Monte Carlo模擬方法對諧振頻率進行統計分析，計算在每一種失諧模式下的結構諧振頻率，根據每一種失諧模式下的結果得到各諧振頻率的概率分布曲線；

c、分析在均勻分布的失諧模式下的諧振頻率的統計分布，并研究分布的均值、方差與失諧水平間的關系；

d、根據諧振頻率的統計規律性，建立諧振頻率與裂紋深度和失諧水平間的定量關系。