面对我国日益突出的能源问题,如何节约能源,提高能源利用率是当下面临的一项重要任务。在诸多工业过程和可再生能源利用领域,存在大量的低温热能资源,其中,有机朗肯循环的低温余热发电系统是低温热能利用的一种有效形式。在热功转换领域,单螺杆膨胀机由于其容积效率高、维护费用低、结构简单、寿命长等诸多优势脱颖而出,成为新一代热功转换领域的通用设备。采用单螺杆膨胀机的有机朗肯循环系统有望促进低温热能发电领域技术的发展,同时也有助于我国节能环保政策的实施。膨胀机性能的稳定性是决定低温热能有机朗肯循环发电系统是否能实用化的关键。单螺杆膨胀机作为一种新型的膨胀机,在对其运行平稳性影响因素和结构稳定性方面、应力分析方面、振动模态等方面的基础数据还有所缺失,导致对于单螺杆膨胀机在设计、制造方面的技术还不够完善。本课题首先分别开展了对单螺杆膨胀机关键件模态仿真分析与实验研究,其次对各关键件进行了变参数仿真模态分析,主要研究工作包括:(1)首先从动力学基础理论研究层面出发,对结构件有限元仿真和实验模态分析理论分别进行了系统的概述,并详细介绍了有关有限元仿真模态分析以及实验模态分析的操作步骤和一些注意事项。(2)其次分别对单螺杆膨胀机各关键件星轮、螺杆、螺杆轴进行了仿真模态分析和实验模态分析,得到了各关键件结构分别在仿真和实验条件下的模态频率和模态振型,并对各结构件的模态参数分别进行对比分析研究,验证了有限元仿真的准确性和可靠性。(3)由于单螺杆膨胀机各关键件结构参数和材料属性大多依据实际经验来设定,没有相关数据的参考,所以最后采用此有限元仿真方法分别对单螺杆膨胀机各关键件结构进行了变参数模态分析,通过改变结构件的结构参数和材料属性的特征来得到各关键件模态参数的变化规律。通过对单螺杆膨胀机各关键件的模态参数进行有限元仿真分析与实验测试,用实验数据校准了有限元结果的准确性,并分析了不同影响因数条件下模态数据的变化规律,达到评价现有单螺杆膨胀机系统的力学特性及优化设计的目的,为后续单螺杆膨胀机结构的动力学研究提供了基础数据的参考。