Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ КОЛЕБАНИЙ
РАБОЧИХ КОЛЕС И ДИСКОВ 8
Обоснование выбора объекта исследования 8
Обзор теоретических исследований колебаний круглых пластин 10
1.2.1. Аналитические методы расчета резонансных частот и
форм колебаний круглых пластин 10
1.2.2. Численные методы расчета резонансных частот и форм
колебаний 17
Экспериментальные методы исследований колебаний и напряженно - деформированного состояния объектов 22
Голографическая интерферометрия 30
1.5. Цель и задачи исследования 35
Глава 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ
ИСЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНИКА ГОЛОГРАФИЧЕСКОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА 37
2.1. Общая методика исследования гармонических колебаний
методом голографической интерферометрии 37
Процесс образования интерференционной микроструктуры в голографии 38
Исследование гармонических колебаний голографическим методом усреднения во времени 41
Исследование факторов, влияющих на формирование интерференционной структуры при голографических исследованиях 42
2.2. Техника голографического эксперимента 44
Экспериментальная голографическая установка 44
Источники излучения 46
Оптическая схема установки 48
Регистрирующие среды 51
Разработка системы возбуждения и контроля резонансных частот с применением компьютерных программ 52
Оценка погрешности измерения частоты 54
Объекты исследований 59
Выводы по главе 2 60
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРА РЕЗОНАНСНЫХ
ЧАСТОТ И ФОРМ КОЛЕБАНИЙ ОДНОРОДНОГО
ДИСКА ПОСТОЯННОЙ ТОЛЩИНЫ 61
3.1. Экспериментальное исследование спектра резонансных
частот и форм колебаний однородного диска постоянной
толщины 61
Методика определения частот и форм колебаний 61
Определение последовательности появления
форм колебаний однородного диска 67
Исследование влияния размеров и материала диска на формы колебаний 74
Кратные формы резонансных колебаний
однородного диска постоянной толщины 76
3.1.5. Влияние способов возбуждения колебаний
на частоты и формы колебаний диска 79
Аналитические исследования спектра собственных частот и форм колебаний однородного диска постоянной толщины 82
Выводы по главе 3 92
4
Глава 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ И ФОРМ
КОЛЕБАНИЙ ДИСКА ПОСТОЯННОЙ ТОЛЩИНЫ
ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ANSYS 93
Описание конечных элементов 94
Выбор и исследование расчетной модели диска 97
Расчет собственных частот и форм колебаний 102
Экспериментально-расчетный метод определения резонансных частот и форм колебаний
деталей типа дисков 110
4.5. Выводы по главе 4 111
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧИХ КОЛЕС
ДИСПЕРГАТОРА И КОМПРЕССОРА 112
Исследование вибрационных характеристик диска ротора диспергатора с целью совершенствования конструкции и улучшения эксплуатационных характеристик аппарата 112
Исследование вибрационных характеристик
закрытых рабочих колес центробежных компрессоров 130
5.3. Выводы по главе 5 139
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 140
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 142
ПРИЛОЖЕНИЯ 159
Введение к работе
Многие изделия машиностроения имеют вращающиеся роторы. К таким изделиям относятся газотурбинные двигатели, центробежные и осевые компрессоры, диспергаторы, крыльчатки, диски и рабочие колеса.
Вращающиеся элементы таких конструкций обычно работают при значительных оборотах и, соответственно, при значительных динамических нагрузках. Возникающие вибрации усложняют условия работы и снижают прочностные характеристики изделий.
Динамические эксплуатационные нагрузки, действующие на рабочие колеса, являются основной причиной повреждений и серьезных аварий на изделиях. Эти обстоятельства существенно повышают роль экспериментальных и теоретических исследований вибрационных характеристик и напряженно-деформированного состояния вращающихся элементов конструкций.
При исследованиях работоспособности изделий в условиях вибрационных нагрузок актуальной проблемой является определение резонансных частот и форм колебаний. При исследованиях применяются теоретические и экспериментальные методы.
Вибрационные характеристики рабочих колес, дисков в инженерной практике рассчитываются, в основном, численными методами. В экспериментальной механике для исследования вибрационных характеристик и НДС объектов широко применяются когерентно-оптические методы, основанные на использовании когерентного лазерного излучения. Наибольшее распространение из них получили методы голографической интерферометрии.
Автор защищает:
Созданную установку для исследования резонансных частот и форм колебаний объектов методом голографической интерферометрии.
Результаты экспериментальных исследований резонансных частот и форм колебаний объектов методом голографической интерферометрии.
3. Результаты исследований резонансных частот и форм колебаний
объектов методом конечных элементов с применением программного
комплекса ANSYS.
4. Экспериментально-расчетный метод определения резонансных
частот, форм колебаний, перемещений и как следствие напряженно-
деформированного состояния деталей типа дисков.
5. Результаты практического использования материалов исследования.
Научная новизна:
Разработанная установка для исследования резонансных частот и форм колебаний различных объектов методом голографической интерферометрии позволяет реализовать различные способы возбуждения колебаний объектов и проводить компьютерную регистрацию и обработку результатов.
Методом голографической интерферометрии впервые получена полная s-n\ 5*5 таблица резонансных форм колебаний диска постоянной толщины.
3. Экспериментально уточнена последовательность появления
резонансных форм колебаний диска постоянной толщины. Установлено, что
формы колебаний не зависят от материала и размеров диска.
4. Полученные по результатам экспериментов частотные коэффициенты,
графические зависимости резонансных частот от параметров s-n формы
колебаний и их аппроксимирующая формула позволяют прогнозировать
резонансные частоты последующих гармоник колебаний дисков разной
толщины, разных диаметров и материалов. Экспериментально показано, что
каждой форме колебаний диска соответствует конкретное значение частотного
коэффициента, не зависящее от размеров и материала диска
5. Предложенный экспериментально-расчетный метод, сочетающий
голографическую интерферометрию, расчетные аналитические и численные
методы с применением программного комплекса ANSYS, позволяет
повысить точность и снизить трудоемкость определения резонансных частот,
7 форм колебаний, перемещений, а также как следствие, определить напряженно-деформированное состояние объекта. Практическая значимость:
1. Созданная голографическая установка позволяет определять
резонансные частоты и формы колебаний различных объектов типа дисков,
пластин, а также сборочных единиц.
Полученные частотные коэффициенты, графические зависимости и аппроксимирующая их формула позволяют определять резонансные частоты дисков постоянной толщины и близких к ним деталей без проведения экспериментальных исследований.
Отлаженная с учетом экспериментальных данных рабочая программа в комплексе ANSYS позволяет определять с требуемой точностью резонансные частоты, формы колебаний, перемещения и в дальнейшем -напряженно-деформированное состояние исследуемых объектов типа дисков.
Реализация результатов исследований:
1. По результатам исследований отработана конструкция колеса ротора
и режимы работы диспергатора, что позволило улучшить физические
свойства жидкотекучих сред. Новизна технических решений подтверждена
двумя патентами на изобретения.
2. Результаты проведенной работы были использованы при
исследовании динамики и прочности рабочих колес центробежных
компрессоров для газоперекачивающих агрегатов и центробежных
компрессоров мультипликаторного типа
Царевой А.М. проведена модернизация голографической установки путем применения компьютерных программ регистрации и обработки результатов; выполнены экспериментальные голографические исследования, аналитические и численные расчеты вибрационных характеристик дисков постоянной толщины, расчеты рабочих колес по частотным коэффициентам.
Руководителем и консультантом осуществлялись постановка задач исследований и методическое руководство.
