[發明專利]一種整圈自鎖葉片動頻計算方法

有效

• 申請號: 201711059167.5
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107862122B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 莊達明;丁旭東;劉象拯;王佳男
• 申請（專利權）人: 杭州汽輪動力集團有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 杭州凱知專利代理事務所(普通合伙) 33267
• 代理人: 金國棟

1.一種整圈自鎖葉片動頻計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立葉片幾何模型，針對圍帶、拉筋，使其具有循環對稱幾何特征；

2)對幾何模型劃分有限元網格，其中，圍帶、拉筋接觸對的網格節點一一對應；

3)計算不同轉速下的靜強度，所述不同轉速均大于接觸轉速，使圍帶、拉筋均能達到接觸狀態，邊界條件為：對葉根施加固定約束；對圍帶、拉筋循環對稱截面施加循環對稱邊界條件；對圍帶、拉筋接觸面設置接觸單元；

4)分別計算圍帶、拉筋在不同轉速下的接觸正壓力

式中，F為步驟3)靜強度計算得到的不同轉速下，圍帶、拉筋接觸面上的法向反力，單位：N；A為名義接觸面積，其定義為圍帶、拉筋接觸對幾何相互重疊區域的面積，單位：mm²；

5)分別計算圍帶、拉筋接觸對在不同轉速下的等效接觸剛度，其計算方法如下：

考慮葉片為鋼制，接觸面經銑削或磨削精加工，接觸表面在微觀上具有分形特征，接觸剛度與接觸正壓力具有冪函數關系，當接觸正壓力不大于100MPa時，符合如下公式：

k_n＝1.05p^0.7626 (2)

k_τ＝0.7019p^0.7696 (3)

式中，k_n為法向接觸剛度，單位：×10⁵MPa；k_τ為切向接觸剛度，單位：×10⁵MPa；p為由步驟4)得到的圍帶、拉筋接觸面在不同轉速下的接觸正壓力，單位：MPa；

6)計算在不同轉速下葉片的模態頻率，邊界條件為：對葉根施加固定約束；對圍帶、拉筋循環對稱截面施加循環對稱邊界條件；對圍帶、拉筋接觸面設置接觸單元，同時，在圍帶、拉筋接觸對中正壓力非零的節點對之間添加剛度單元，剛度單元的單元坐標系的z軸設為接觸面的法向，每個剛度單元對應的剛度矩陣為

式中，其中，N為圍帶、拉筋接觸面上正壓力非零的節點對的數目；k_n、k_τ分別為由步驟5)得到的接觸對法向接觸剛度、切向接觸剛度，在某個轉速下葉片模態頻率的計算方法如下：

6.1)采用生死單元法，激活接觸單元、殺死剛度單元，進行靜強度計算；

6.2)在步驟6.1)靜強度計算的基礎上，采用生死單元法，殺死接觸單元、激活剛度單元，進行模態計算；

7)，計算出所關注的n個不同轉速下，整圈自鎖葉片各節徑、各階的模態頻率后，根據這些模態頻率繪制整圈自鎖葉片振動坎貝爾圖，可得整圈自鎖葉片的“三重點”共振轉速。

2.根據權利要求1所述的一種整圈自鎖葉片動頻計算方法，其特征在于，

步驟3)中，以等間隔或不等間隔設置n個不同的轉速作為載荷步，計算不同轉速n下的靜強度；

步驟4)中，分別計算圍帶、拉筋在n個不同轉速下的接觸正壓力；

步驟5)中，分別計算圍帶、拉筋接觸對在n個不同轉速下的等效接觸剛度；

步驟6)中，計算在n個不同轉速下葉片的模態頻率。

3.根據權利要求1所述的一種整圈自鎖葉片動頻計算方法，其特征在于，步驟6)中，將剛度單元的單元坐標系的x軸或y軸設為接觸面的法向，k_x、k_y、k_z與k_n、k_τ的對應關系相應調整。

4.根據權利要求1～3任一所述的一種整圈自鎖葉片動頻計算方法，其特征在于，該方法適用于同時具有整體圍帶和凸臺拉筋的摩擦阻尼結構的整圈自鎖葉片，也適用于僅具有整體圍帶或凸臺拉筋的摩擦阻尼結構的整圈自鎖葉片。