[发明专利]旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片系统的动力学建模方法

说明书

本发明涉及一种旋转圆柱壳‑变截面盘‑预扭叶片耦合系统动力学建模，该方法包括如下步骤：步骤1：构建旋转圆柱壳‑变截面盘‑预扭叶片耦合系统动力学建模所需的三维坐标系；步骤2：对旋转圆柱壳‑变截面盘‑预扭叶片耦合系统的结构参数和材料参数进行测定；依据动能计算公式得到预扭叶片以及预扭叶片与变截面盘和旋转圆柱壳耦合的动能；步骤4：基于板壳振动理论，考虑预扭叶片在旋转过程中的离心刚化效应影响，得出旋转预扭叶片的势能；步骤5：变截面盘能够满足弹性薄板横向振动小挠度理论，利用哈密顿原理推导出其横向弹性振动的微分方程，得到变截面盘的动能和势能。本发明提供的方法具有更高的计算效率和计算精度。

技术领域

本发明属于机械动力学技术领域，尤其涉及一种旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片系统的动力学建模方法。

背景技术

目前，现有的旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片的建模方法主要包括以下两种方法：

1、基于商用有限元分析软件

将CAD三维模型导入商用有限元分析软件或者直接在有限元软件中建立整个组件的三维模型，选择合适的单元及合适的材料参数，对三维模型进行网格划分，建立有限元模型，设置合适的约束并选择合适的求解方法对旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片系统的动力学特性进行分析。但利用现有的商用有限元分析软件对旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片系统进行动力学特性分析时，建模过程复杂且繁重，并且不同的建模方式和单元类型得到的动力学特性也会有较大差距，同时由于有限元软件在求解的过程中不能考虑旋转圆柱壳的变形效应，所以在高转速的时候会产生较大误差。

2、基于板壳理论的建模方法

目前基于我掌握的知识，市面上大多数都为旋转圆柱壳与等截面盘的耦合系统，且鼓筒的直径与旋转圆柱壳的直径相同，板基于薄板理论，旋转圆柱壳基于LOVE壳理论、Donnell壳理论等，整个系统基于能量法进行动力学建模，无法考虑盘为变截面盘且旋转圆柱壳的半径小于盘半径时的情况，不符合旋转圆柱壳与盘耦合系统的实际应用结构。

目前基于板壳振动理论，对于旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片的动力学建模的技术处于空白状态。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片系统的动力学建模方法，能够达到在保证整个耦合系统振动模态的前提下，考虑整个系统在旋转过程中的离心刚化、旋转软化、环向初应力和科氏力影响，再采用Galerkin截断和Hamilton变分的方法得到整个系统的动力学模型的运动微分方程。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片系统的动力学建模方法，包括以下步骤：

步骤1：构建旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片耦合系统动力学建模所需的三维坐标系；

所述三维坐标系包括：整个耦合系统的固定坐标系OXYZ、变截面盘的坐标系ox^dy^dz^d、整个系统在运动过程中的动坐标系ox^ry^rz^r、预扭叶片的局部坐标系ox^by^bz^b、轮盘与鼓筒相交圆的几何中心坐标系o₁x₁y₁z₁、鼓筒的随体坐标系o₂x₂y₂z₂和鼓筒中曲面的曲线坐标系oxθz；

步骤2：对旋转圆柱壳-变截面盘-预扭叶片耦合系统的结构参数和材料参数进行测定；