剪切变形对水轮发电机组轴系横振的影响分析

摘要：

提出了一种考虑剪切效应的三结点弹性轴段单元,并将其用于轴系振动的分析.给出了三结点单元的插值函数,推导了弯曲刚度矩阵和剪切刚度矩阵,得到了单元的运动方程.研制了考虑剪切效应的有限元计算程序.按七种不同弯曲刚度计算了单圆盘转子(算例1)和某水轮发电机组轴系(算例2)的模态频率和临界转速,得出了模态频率和临界转速的变化规律和不同方法的相对误差.计算结果表明,剪切变形对于轴系振动的模态频率和临界转速均有一定的影响.算例1的结果显示,当轴的弯曲刚度较大(k=EI/l3＞ 106N·m-1)时,必须考虑剪切效应;当轴的刚度较小(k≤106N·m-1)时,可以忽略剪切变形的影响,由此所带来的计算误差不超过2％.算例2的计算结果表明,考虑剪切变形作用时,一阶模态频率和临界转速的结果比不考虑剪切时大1.5％以上,且随着轴的刚度的增大,相对误差也逐渐增大.

关键词：水轮机轴系、剪切变形、自然频率、临界转速、三节点单元

所属期刊栏目：36

分类号：TK73;S277.9(水能、水力机械)

资助基金：国家自然科学基金重点项目50839003,51279071,云南省自然科学基金2008GA027资助.The project supported by the National Natural Science Foundations of China No.50839003,51279071,and the National Natural Science Foundations of Yunnan Provicial No.2008GA027.

在线出版日期：2014-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：625-630