基于子结构模态综合法的导叶轴-顶盖耦合系统振动特性研究

来源：振动与冲击杂志2025年第12期北京时间：

作者：王洋，梁权伟，马同午，曾劲zengjin0me,，何启源，杨洋，王世建

单位：1.西南交通大学力学与航空航天学院，成都611756；2.东方电气集团东方电机有限公司，四川德阳618000；3.西南交通大学应用力学与结构安全四川省重点实验室，成都611756

摘要：针对混流式水轮机在水流作用下诱发导叶轴与顶盖之间的碰摩故障，本文采用有限单元法结合固定界面模态综合法，建立了导叶轴-顶盖碰摩耦合系统的减缩动力学模型，进而详细讨论了导叶轴截断数和顶盖截断数对减缩模型前3阶模态特性的影响规律。此外，考虑水流作用和导叶轴-顶盖局部接触导致的结构预应力效应，对比研究了全模型和减缩模型前3阶固有频率随水流静载和摩擦系数的变化规律。最后对比分析了单谐波水流激励下两种接触状态(包括近载端接触和近-远载端接触)对全模型和减缩模型动力学行为的影响规律。研究结果表明：(1) 水流静载值的增加使得导叶轴-顶盖局部接触程度加深，从而导致系统前3阶固有频率呈增大趋势，且摩擦系数的增加会使导叶轴-顶盖耦合系统由近载端接触切换到近-远载端接触时所需的水流静载值增大；(2) 在共振状态下，单谐波水流激励下导叶轴与顶盖碰摩使得系统的振动响应频谱体现为激励频率的倍频，且在奇数倍频处出现幅值放大现象。<br>

关键词：混流式水轮机；碰摩；模型减缩；动力学特性