[发明专利]一种整圈自锁叶片动频计算方法

权利要求书

1.一种整圈自锁叶片动频计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立叶片几何模型，针对围带、拉筋，使其具有循环对称几何特征；

2)对几何模型划分有限元网格，其中，围带、拉筋接触对的网格节点一一对应；

3)计算不同转速下的静强度，所述不同转速均大于接触转速，使围带、拉筋均能达到接触状态，边界条件为：对叶根施加固定约束；对围带、拉筋循环对称截面施加循环对称边界条件；对围带、拉筋接触面设置接触单元；

4)分别计算围带、拉筋在不同转速下的接触正压力

式中，F为步骤3)静强度计算得到的不同转速下，围带、拉筋接触面上的法向反力，单位：N；A为名义接触面积，其定义为围带、拉筋接触对几何相互重叠区域的面积，单位：mm²；

5)分别计算围带、拉筋接触对在不同转速下的等效接触刚度，其计算方法如下：

考虑叶片为钢制，接触面经铣削或磨削精加工，接触表面在微观上具有分形特征，接触刚度与接触正压力具有幂函数关系，当接触正压力不大于100MPa时，符合如下公式：

k_n＝1.05p^0.7626 (2)

k_τ＝0.7019p^0.7696 (3)

式中，k_n为法向接触刚度，单位：×10⁵MPa；k_τ为切向接触刚度，单位：×10⁵MPa；p为由步骤4)得到的围带、拉筋接触面在不同转速下的接触正压力，单位：MPa；

6)计算在不同转速下叶片的模态频率，边界条件为：对叶根施加固定约束；对围带、拉筋循环对称截面施加循环对称边界条件；对围带、拉筋接触面设置接触单元，同时，在围带、拉筋接触对中正压力非零的节点对之间添加刚度单元，刚度单元的单元坐标系的z轴设为接触面的法向，每个刚度单元对应的刚度矩阵为

式中，其中，N为围带、拉筋接触面上正压力非零的节点对的数目；k_n、k_τ分别为由步骤5)得到的接触对法向接触刚度、切向接触刚度，在某个转速下叶片模态频率的计算方法如下：

6.1)采用生死单元法，激活接触单元、杀死刚度单元，进行静强度计算；

6.2)在步骤6.1)静强度计算的基础上，采用生死单元法，杀死接触单元、激活刚度单元，进行模态计算；

7)，计算出所关注的n个不同转速下，整圈自锁叶片各节径、各阶的模态频率后，根据这些模态频率绘制整圈自锁叶片振动坎贝尔图，可得整圈自锁叶片的“三重点”共振转速。

2.根据权利要求1所述的一种整圈自锁叶片动频计算方法，其特征在于，

步骤3)中，以等间隔或不等间隔设置n个不同的转速作为载荷步，计算不同转速n下的静强度；

步骤4)中，分别计算围带、拉筋在n个不同转速下的接触正压力；

步骤5)中，分别计算围带、拉筋接触对在n个不同转速下的等效接触刚度；

步骤6)中，计算在n个不同转速下叶片的模态频率。

3.根据权利要求1所述的一种整圈自锁叶片动频计算方法，其特征在于，步骤6)中，将刚度单元的单元坐标系的x轴或y轴设为接触面的法向，k_x、k_y、k_z与k_n、k_τ的对应关系相应调整。

4.根据权利要求1～3任一所述的一种整圈自锁叶片动频计算方法，其特征在于，该方法适用于同时具有整体围带和凸台拉筋的摩擦阻尼结构的整圈自锁叶片，也适用于仅具有整体围带或凸台拉筋的摩擦阻尼结构的整圈自锁叶片。