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葉片是大型透平機(jī)械實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件之一。在汽輪機(jī)運(yùn)行中，葉片不斷承受著交變汽流力的作用而產(chǎn)生受迫振動(dòng)，從而導(dǎo)致葉片振動(dòng)疲勞損壞。國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，葉片損壞事故約占汽輪機(jī)事故的其中的損壞是葉片振動(dòng)疲勞損壞。采用自帶冠葉片減振是目前渦輪葉片常用的控制葉片振動(dòng)的方法。自帶冠葉片已廣泛應(yīng)用于電站汽輪機(jī)，電站燃?xì)廨啓C(jī)及航空渦輪機(jī)上。運(yùn)行實(shí)踐表明，這種葉片可以降低葉片振動(dòng)應(yīng)力可靠性高而且便于設(shè)計(jì)順暢的通流部分以提高效率，但需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析。
在工程機(jī)械中，碰撞是迅速傳遞和消耗能量的有效方法之一。冠間接觸碰撞減振結(jié)構(gòu)通過碰撞的限位作用大大減小了葉片振動(dòng)的幅值，同時(shí)葉片間相互接觸碰撞耗散振動(dòng)能量，減小激振力能量的輸入，起到減振作用。帶冠葉片的冠間接觸碰撞相當(dāng)復(fù)雜，在碰撞和滑移的聯(lián)合作用下，葉冠之間的接觸面會(huì)處于黏著、滑動(dòng)和脫離等狀態(tài)。整個(gè)接觸碰撞的過程伴隨著摩擦引起的接觸力的變化，接觸面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不一致。因此其接觸碰撞過程相當(dāng)復(fù)雜，具有典型的非線性特征，理論研究難度較大。目前許多學(xué)者采用接觸有限元法對(duì)其動(dòng)力學(xué)問題進(jìn)行求解，運(yùn)用大型通用有限元軟件來分析系統(tǒng)的碰撞振動(dòng)特性
ANSYS是用于求解高度非線性問題的通用顯式動(dòng)力學(xué)有限元分析程序，它能有效處理多種接觸碰撞及大變形問題。以鋸齒形帶冠葉片組為研究對(duì)象，采用進(jìn)行非線性碰撞仿真分析，研究了碰撞阻尼減振效果與振動(dòng)系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)系，模型充分考慮了葉冠之間存在間隙時(shí)葉片受到激振力后冠間的撞擊和摩擦對(duì)葉片振動(dòng)能量的吸收與耗散，并且對(duì)具體葉片模型接觸碰撞系統(tǒng)的響應(yīng)特性及減振機(jī)理進(jìn)行了分析。
在葉片頂部，相鄰葉冠間在安裝時(shí)留有一定的初始間隙，工作時(shí)由于氣流力等外力作用，葉片發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)葉片的相對(duì)位移大于裝配間隙時(shí)，葉片之間發(fā)生接觸碰撞和摩擦。葉冠間的碰撞限位、接觸面間的摩擦同時(shí)耗散葉片的振動(dòng)能量，起到減振作用。摩擦因數(shù)依賴于接觸面的相對(duì)滑動(dòng)速度，一般情況下，靜摩擦因數(shù)高于動(dòng)摩擦因數(shù)。
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