Kmitání lopatek s třecí kontaktní plochou

Jan BRŮHA

Bachelor's thesis

Vibrations of Blades with Frictional Surfaces

Abstract:

Tato práce se zabývá modelováním kmitání lopatek se třecím členem, které jsou pevně vetknuty do nerotujícího disku. V první části jsou stručně popsány základní typy charakteristik suchého tření, z nichž jedna je použita při řešení soustavy s jedním stupněm volnosti pomocí exaktní metody. Dále je zde na stejnou soustavu aplikována metoda ekvivalentní linearizace a popsán princip základní numerické metody používané ve výpočtových programech. Ve druhé části jsou odvozeny výpočtové modely zjednodušeného modelu lopatky se třecí kontaktní plochou, zpřesněného konečnoprvkového modelu a soustavy dvojice lopatek se třecím členem umístěným mezi jejich nástavci. Každá z dvojice lopatek je rozdělena na pět stejně velkých nosníkových prvků. Za předpokladu dominantního rovinného ohybového kmitání lopatek a torzního natáčení lopatek v důsledku krouticího momentu třecí síly v kontaktní ploše s třecím členem se uvažují v každém uzlu tři stupně volnosti. U konečnoprvkového modelu jsou vyšetřeny vlastní frekvence a vlastní tvary kmitů příslušející několika nejnižším vlastním frekvencím. Ve třetí části jsou prozkoumány vlivy velikosti tření, rozladění pomocí přídavné hmoty a rozdílné charakteristiky třecí síly na ohybové kmitání a výsledky numerické simulace jsou srovnány s výsledky linearizované úlohy pomocí metody ekvivalentní linearizace.

Abstract:

Presented bachelor work deals with a modeling of turbine blade vibrations. We consider clamped blades into a non-rotating disk with a friction element pulled between blade shrouds. In the first chapter, main types of a dry friction characteristic are shortly described and one of them is used in an exact method for solving a system with one degree of freedom. An equivalent linearization method is applied on the same system and also a numerical method to solving differential equations in a MATLAB environment is described in this part. In the second chapter, computational models of a simplified blade system, a blade system using a finite element method and a system of a couple of blades with a friction element are derived. Providing a dominant plane bending blade vibration and a torsional blade vibration either of the blades is discretized by five identical beam elements with three degrees of freedom in every node. In the third chapter, friction impact in contact areas and a detuning mass impact on bending vibration are analyzed. Numerical simulation results are compared with results of the equivalent linearization method.

Keywords

kmitání lopatek, suché tření, metoda ekvivalentní linearizace, vlastní frekvence, vlastní tvary kmitů, rozladění lopatek

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 5. 2011

Accessible from:: 31. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 26. 8. 2011
• Supervisor: Prof. Ing. Vladimír Zeman, DrSc.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Bachelor programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Structural Mechanics