Dynamic Modeling of Tie-bolt Rotors via Fractal Contact Theory and Virtual Material Method

接触力学 刚度 结构工程 模态分析 转子(电动) 情态动词 分形 材料科学 机械工程 工程类 有限元法 复合材料 数学 数学分析
作者
Bing Du,Zhaoye Qin,Qiuhai Lu,Bo Wang,Chen Li
出处
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science [SAGE]
卷期号:236 (11): 5900-5915 被引量:1
标识
DOI:10.1177/09544062211064967
摘要

Tie-bolt rotors, comprised of multiple stages of discs fastened by tie bolts, are commonly used in heavy-duty gas turbines. The contact interfaces between adjacent discs have considerable influence on the dynamic characteristics of tie-bolt rotors. Although many studies on the modeling of tie-bolt rotors have been reported, it is still a challenge to develop a relatively simple, efficient, and accurate model for such a kind of complex rotors. In this article, a new virtual material modeling method is proposed to analyze the dynamic characteristics of tie-bolt rotors. The elastic modulus and Poisson ratio of the virtual material are determined from the interface contact stiffness, which is derived based on the three-dimensional fractal contact theory. To verify the modeling approach proposed here, modal tests are conducted on a tie-bolt rotor specimen, of which the measured natural frequencies are compared with the simulation results. Finally, by using the verified modeling approach, the dynamic behaviors of tie-bolt rotors are investigated comprehensively, where the effects of fractal dimension parameters and preload level on rotor dynamics are evaluated.

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