CN109579969B - 叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法及系统，包括：稳态分析步骤：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值；瞬态分析步骤：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子；计算步骤：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。本发明通过采用简单的计算，只需要叶轮基本参数及稳态分析即可，从而解决瞬态振动最大幅值需要大量计算量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及计算、测量技术领域，具体地，涉及叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法及系统。
背景技术
目前计算叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的方法为杜哈美(Duhamel)积分方法或其他时域下的数值积分方法，该类方法将时间轴划分成一系列的离散点，在每一步应用瞬态力的变化，累计每一瞬态力下的响应，从而获得加减速瞬态工况下的振动情况，最后获得其振动最大幅值。
因此，现有技术中的这种时域下数值积分方法，其虽能获得准确的加减速瞬态工况下的最大振动幅值，但由于计算量巨大，最大振动幅值的获取速度较慢。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法及系统。
根据本发明提供的一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法，包括：
稳态分析步骤：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值；
瞬态分析步骤：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子；
计算步骤：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
较佳的，叶轮的基本参数包括叶轮材料阻尼比ξ和叶轮固有频率ωn。
较佳的，瞬态分析步骤中，根据加减速瞬态工况下的激励力的加减速值a和激励阶次r，从而获得特征参数μ，
根据特征参数和瞬态放大因子之间的一一对应的函数关系，计算得到瞬态放大因子。
较佳的，计算步骤中，将获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子相乘，得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
根据本发明提供的一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取系统，包括：
稳态分析模块：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值；
瞬态分析模块：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子；
计算模块：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
较佳的，叶轮的基本参数包括叶轮材料阻尼比ξ和叶轮固有频率ωn。
较佳的，瞬态分析模块根据加减速瞬态工况下的激励力的加减速值a和激励阶次r，从而获得特征参数μ，
根据特征参数和瞬态放大因子之间的一一对应的函数关系，计算得到瞬态放大因子。
较佳的，计算步骤模块将获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子相乘，得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过采用简单的计算，只需要叶轮基本参数及稳态分析即可，从而解决瞬态振动最大幅值需要大量计算量的目的。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的计算流程图；
图2为特征参数与瞬态放大因子的函数关系图；
图3为本发明实施例的叶轮结构示意图；
图4为本发明实施例叶轮在加减速瞬态工况下的真实振动时域响应图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法，包括：
稳态分析步骤：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值。
瞬态分析步骤：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子。叶轮的基本参数包括叶轮材料阻尼比ξ和叶轮固有频率ωn。根据加减速瞬态工况下的激励力的加减速值a和激励阶次r，从而获得特征参数μ，
根据特征参数和瞬态放大因子之间的一一对应的函数关系，计算得到瞬态放大因子。
计算步骤：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子，将获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子相乘，计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
推导过程以单自由度系统为例，亦可推导至多自由度系统。
1)对于单自由度系统的动力学方程
其中m、c、k为系统的质量、阻尼、刚度，x为系统的振动响应，t表示时间，F表示激励力的幅值，f为用复数形式表示的激励力，对于稳态激励，f(t)＝eiωrt，对于加减速瞬态激励，
其中i为虚数单位，ω为激励频率，a为加速度值，r为激励阶次。
2)其稳态最大振动幅值为
其中ξ为材料阻尼比
3)其加减速瞬态工况下的最大振动幅值为
其中μ为特征参数，
w(z)是中间变量z的faddeeva函数
中间变量z是特征参数μ的函数
4)定义瞬态放大因子λ和特征参数μ的关系为
(如图2所示)
5)从而稳态最大幅值和瞬态放大因子相乘即可得到加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
本发明所针对的叶轮包含谐调情况和失谐情况下的叶轮，即谐调情况是指，为理想情况下，各个叶轮的扇区的特性一致；失谐情况是指由于材料不均匀、加工制造误差、实际运行的磨损等因素造成的叶轮各个扇区不一致的状况。
对于如图3所示的叶轮，
1)当激励阶次r＝1时，通过ANSYS Workbench软件对叶轮进行稳态分析，获得稳态振动最大幅值为0.6406mm。
2)在当激励力的激励阶次r＝1，加速度a＝3769.91rad/s2时；本例通过ANSYSWorkbench软件对叶轮进行模态分析并结合第一步的稳态分析，获得叶轮的固有频率和阻尼比如下，叶轮在当前激励阶次下的固有频率为ωn＝3499.52rad/s，叶轮的阻尼比ξ＝0.5％。则通过公式
可计算特征参数为0.2850，计算得对应的瞬态放大因子为0.5257。
3)将所得的稳态最大幅值0.6406mm和所得的瞬态放大因子0.5257相乘，即可快速获得叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值为0.3368mm。通过ANSYS Workbench软件对叶轮进行为时约2小时的瞬态分析，获得真实的加减速瞬态工况下的最大振动幅值为0.3420mm，如图4所示，相对误差为-1.56％。通过本方法可在保证计算精度的前提下，大幅提高计算效率。
在上述一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法的基础上，本发明还提供一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取系统，包括：
稳态分析模块：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值；
瞬态分析模块：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子；
计算模块：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (2)
1.一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取方法，其特征在于，包括：
稳态分析步骤：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值；
瞬态分析步骤：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子；
计算步骤：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值；
叶轮的基本参数包括叶轮材料阻尼比ξ和叶轮固有频率ωn；
瞬态分析步骤中，根据加减速瞬态工况下的激励力的加减速值a和激励阶次r，从而获得特征参数μ，
根据特征参数和瞬态放大因子之间的一一对应的函数关系，计算得到瞬态放大因子；
计算步骤中，将获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子相乘，得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
2.一种叶轮在加减速瞬态工况下最大振动幅值的获取系统，其特征在于，包括：
稳态分析模块：根据叶轮在稳态工况下的振动情况获取稳态最大振动幅值；
瞬态分析模块：对叶轮在加减速瞬态工况下的振动情况以及叶轮的基本参数获取瞬态放大因子；
计算模块：根据获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子计算得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值；
叶轮的基本参数包括叶轮材料阻尼比ξ和叶轮固有频率ωn；
瞬态分析模块根据加减速瞬态工况下的激励力的加减速值a和激励阶次r，从而获得特征参数μ，
根据特征参数和瞬态放大因子之间的一一对应的函数关系，计算得到瞬态放大因子；
计算步骤模块将获取的稳态最大振动幅值与瞬态放大因子相乘，得到叶轮在加减速瞬态工况下的最大振动幅值。
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