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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，從而導(dǎo)致葉片振動疲勞損壞。國內(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的幅值，同時葉片間相互接觸碰撞耗散振動能量，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處于黏著、滑動和脫離等狀態(tài)。整個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其動力學(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)的碰撞振動特性
ANSYS是用于求解高度非線性問題的通用顯式動力學(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葉片受到激振力后冠間的撞擊和摩擦對葉片振動能量的吸收與耗散，并且對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留有一定的初始間隙，工作時由于氣流力等外力作用，葉片發(fā)生振動，當(dāng)兩個葉片的相對位移大于裝配間隙時，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耗散葉片的振動能量，起到減振作用。摩擦因數(shù)依賴于接觸面的相對滑動速度，一般情況下，靜摩擦因數(shù)高于動摩擦因數(shù)。
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