[发明专利]一种整圈自锁叶片动频计算方法

摘要

本发明涉及一种整圈自锁叶片动频计算方法，该方法采用三维有限元法计算所关注的n个不同转速下整圈自锁叶片的静强度和模态频率，根据计算所得各节径、各阶的模态频率，绘制坎贝尔图，得到“三重点”共振转速。该方法在一定接触正压力范围内，通过在围带、拉筋接触对添加刚度单元，将复杂的非线性接触摩擦过程等效线性化处理；考虑了叶片的材质和加工方式，提出接触刚度与接触正压力的关系式；在模态计算中，考虑了叶身扭转恢复对接触面之间的间隙的影响，考虑了接触状态及接触正压力对接触刚度的影响。经与实验测试结果对比，计算所得“三重点”共振转速与实测值偏差较小，计算结果准确度满足工程需要，为整圈自锁叶片动频校核提供了可靠依据。

主权项

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p=FA---(1)]]>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：kn＝1.05p0.7626                        (2)kτ＝0.7019p0.7696                      (3)式中，kn为法向接触刚度，单位：×105MPa；kτ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K=kx00000-kx00000ky00000-ky0000kz00000-kz000000000000000000000000000kx00000ky0000kz000000000---(4)]]>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；kn、kτ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。