Théorie de base de la conception dynamique similaire pour les composants de base structurelle de grandes machines tournantàhaut débit*

Luo Zhong,Han Qingkai,Wang Deyou,Liu Yongquan

Théorie de base de la conception dynamique similaire pour les composants de base structurelle de grandes machines tournantàhaut débit*

Luo Zhong,Han Qingkai,Wang Deyou,Liu Yongquan

Luo Zhong Docteur en Ingénierie,Professeur Agrégé,école de génie mécanique et de l'automatisation, Northeastern University,Shenyang,Liaoning 110819,zhluo@mail.neu.edu.cn

Han Qingkai Docteur en Ingénierie,Professeur,école de génie mécanique de l'Universitéde Technologie de Dalian,Dalian 116023,hanqingkai@dlut.edu.cn.

La province de Hunan,Key Laboratory entretient de l’équipement mécanique de santé,Universitéde Hunan de la science et de la technologie,Xiangtan,Hunan,411201

Wang Deyou Docteur en Ingénierie,Chercheur,Shenyang Institut de conception de moteur,Shenyang, Liaoning 110015,wangdy606@163.com

Liu Yongquan Docteur en Ingénierie,Chercheur,Shenyang Institut de conception de moteur

*Programme national de recherche de base de la Chine(973 programmes)Projet"de la recherche fondamentale en matière de fiabilitéàhaut rendement et intelligentisation de compresseurs haut de gamme"(No. 2012CB026000),Projet de recherche du Fonds national des sciences Nature"La recherche de la théorie de la similitude dynamique de rotation des essais sur modèle de composant de structure et de son application"(No. 51105064),et le Ministère de l'Universitécentrale de base de recherche soutenus par le Fonds New Century Talent Project Education"La recherche de la méthode de conception de modèle dynamique similaire pour hybride sous-système de rotor complexe"(No.N1305030011)

Extrait:Il s'agit d'un rapport sur les résultats de l'étude de la théorie de la conception dynamique similaire en ce qui concerne les composants structuraux de base de grosses machines de rotationàhaute vitesse basésur la théorie de similitude,financéconjointement par le Programme national de recherche fondamentale de la Chine(973 Programme)projet de recherche de base pour la fiabilitéàhaut rendement et intelligentisation de compresseurs haut de gamme","la recherche de la théorie de similitude dynamique de rotation des essais sur modèle de composant de structure et de son application"projet du Fonds national des sciences de la nature,et le ministère de l'éducation de la recherche universitaire centrale de base,Fonds Soutenu New Century"recherche pour la méthode de conception de modèle dynamique similaire pour hybride complexe sous-système de rotor"Talent Project.

Leséléments de base de structure de grosses machines de rotationàgrande vitesse sont affectés par de nombreux facteurs tels que la vitesse de rotation,la force centrifuge,le couple centrifuge,la charge de la restauration de couple,couple gyroscopique et l'effet de taille.Son design dynamique est un problème qui ne peutêtre résolu en utilisant uniquement l'analyse théorique,et la simulation numérique doitêtre vérifiée par des tests physiques.Nous avons utiliséces plaquesélastiques minces de la composante structurelle typique,et formuléune méthode de conception de modèles dans les tests dynamiquement similaires pour les composants structurels de base de grosses machines de rotationàgrande vitesse.

En analysant les théories et les méthodes de conception de modèle similaire pour les composants structuraux de base dans les tests de vibrations structurelles pertinentes,nous sommes parvenusàune définition de similitude dynamique:la similitude entre le modèle d'origine dans des conditions de travail où leurs caractéristiques dynamiques intrinsèques,modal et le mode de vibration,comportement dynamique de réponse,et même les caractéristiques typiques de défaut,sont semblables ou proportionnelsàl'intérieur de certaines gammes.

Nous avons formuléle système théorique de base de la conception dynamique similaire pour les composants structuraux de base,qui comprend:les principes pour la conception de modèles de test complètement similaires,la méthode pour créer des relations de similarité,la méthode pour concevoir des modèles de distorsion et la méthode pour corriger les relations de similaritédes modèles de distorsion.En utilisant une approche qui combine l'analyse théorique,la simulation numérique et la vérification par des tests,nous avons formuléles relations de cartographie des proportions de similaritédes paramètres structurels,les paramètres des matériaux,des conditions de charge et les conditions de bord entre les modèles et originaux.Quatre principes de similitude dynamique ontétéobtenus:un original et son modèle similaire ont le même mode de vibration primaire;pour une origine et ses modèles réduits qui sont géométriquement semblables,les fréquences intrinsèques sont inversement proportionnelles aux rapports géométriques de retrait;quand un modèle réduit est composéd'un matériau différent de l'original,sa fréquence propre est proportionnelleàla racine carrée du rapport d'échelle moduleélastique de densité;la fréquence intrinsèque de la structure peutêtre modifiée par fixation de masses,ce qui peutégalement provoquer une modification importante de la séquence de modal.

L’essai sur des modèles similaires permet de faire une simulation physique efficace des caractéristiques dynamiques et les processus d'intervention;la reproduction des caractéristiques de défauts typiques de l' original est de déterminer les paramètres et les caractéristiques dynamiques de l'originalàpartir des résultats des tests de modèle.Lorsque les relations entre les paramètres,les conditions,le modèle d' origine ne sont pas complètement correspondantes et proportionnelles,une distorsion des modèles de structure de base de l’élément d'essai se produit.Des distorsions dans les matériaux et lestailles géométriques sont les causes de cette distorsion.

Sur la base du mécanisme de déformation,nous avons formuléla méthode de correction desdistorsions du modèle,et le procédéde détermination de la gamme applicable de la géométrie du modèle. Certaines gammes corrigibles existent pour les modèles distordus.Les gammes applicables de la géométrie pour les modèles dynamiquement similaires dépendentàla fois de leurs gammes de contr?le d'erreur et les gammes de contr?le pour les modes de vibration.Des modèles similaires de test ontétéeffectués avec des exigences plus strictes pour la conception de hauts paramètres d'ordre dynamiquement similaires.

L’utilisation de la plaque mince composante structurelleélastique comme sujet,nous a permis de prendre une décision simplifiée sur les relations de similarité.Nous avons utiliséla méthode d’analyse dimensionnelle et proposéune méthode pour la formulation des relations de similaritéentre l'original et les modèles géométriquement similaires,ainsi que des modèles géométriquement non similaires(c.-à-d.-modèles déformés)pour les plaques mincesélastiques.

Tout d'abord,nous avons effectuéune analyse de sensibilitédes paramètres sur les caractéristiques intrinsèques des plaques mincesélastiques avec des méthodes analytiques et numériques,pour tirer les conclusions suivantes:pour les plaques mincesélastiques,les fréquences intrinsèques correspondentà différents modes de vibration et ont des sensibilités différentes aux variations de taille géométrique;la sensibilitéaux paramètres géométriques de l'amplitude de la plaque dépend de son déplacement relatifàn' importe quel point dans le mode de vibration;les effets du coefficient de Poisson sont très faibles au point d 'être négligeables,etégalement auto-similaires;les matériaux ne sont pas un facteur de similitude de vibration,tandis que la taille géométrique est une condition qui affecte la similitude dynamique.

Deuxièmement,nous avons déduit le coefficient de distorsion de modèle déforméen formulant des modèles d'essai déformés de la plaqueàl’élastique mince;nous avons utiliséla méthode de détermination des gammes applicables de la géométrie du modèle de plaque;nous avons proposéun procédéde correction d'éléments de structure de base pour obtenir les coefficients de correction des paramètres dynamiquement similaires en créant deséquations de correction numériques pour les modèles intermédiaires en utilisant les coefficients pour corriger les résultats d'essais sur le modèle.Notreétude a démontréque les résultats des modèles similaires fabriquésàpartir du même type de matériau que l'original sont meilleurs que les différents types de matériaux,et les résultats d'un modèle réduit d’un taux de rétraction plus important sont mieux que d’un rétrécissement inférieur.

Nous avons résumélesétapes communes applicablesàla conception dynamique similaire qui ontété créédans le cadre théorique similaireàla conception dynamique pour les composants structuraux de base des grosses machines tournantàgrande vitesse,et obtenu 11 conclusions similaire qui doiventêtre suivies dans la conception dynamique similaire.

Mots-clés:théorie de similitude,similitude dynamique,le principe de similitude,ressemblance géométrique,grande machines tournanteàgrande vitesse,composants structurels de base,plaque mince élastique,modèle de test distorsion,correction de modèle de distorsion,montage numérique,la gamme applicable de la géométrie du modèle,conception du modèle,analyse dimensionnelle,les caractéristiques intrinsèques,les caractéristiques de réponse,la masse localisées,l'ajustement du modèle.

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