失调叶片-轮盘系统耦合振动分析

为了研究失调叶片——轮盘系统振动特性,建立了某汽轮机失调叶片——轮盘的三维实体有限元模型,研究了离心力对失调叶片——轮盘系统振动的影响;利用概率分析方法,研究了所有叶片弹性模量在5％误差范围内随机失调叶片——轮盘振动情况．结果表明,离心力对失调叶片——轮盘系统局部化振动有减弱作用;所有叶片弹性模量在5％误差范围的随机失调系统,其固有频率与非失调相差很小,即失调叶盘系统可以按照循环对称结构进行模态分析．     

叶轮机失谐叶片流固耦合颤振高效分析方法

直接流固耦合算法耗时极大,因此传统的失谐叶盘结构系统颤振研究一般将气动力忽略或将其当成小扰动。为了快速、准确分析叶轮机失谐叶片的颤振特性,基于气动力降阶模型提出了一种高效的叶轮机失谐叶片流固耦合分析方法。该方法利用系统辨识技术和一些基本假设来构建叶栅非定常气动力降阶模型,并在状态空间内耦合结构运动方程,得到气动弹性模型,通过改变部分叶片的结构参数来研究失谐对系统流固耦合颤振稳定性的影响。针对STCF 4算例,该方法计算得到的响应结果和直接CFD的结果吻合良好,但计算效率却提高了近2个数量级。运用该方法研究叶排系统的刚度失谐,通过求解气动弹性矩阵的特征值快速获得了系统的稳定性特征。结果表明,刚度失谐可以明显改善系统的颤振稳定性,也会导致模态局部化。失谐方式、失谐量和流固耦合作用对失谐后系统的颤振稳定性都有明显影响。     

考虑不确定性的风力机翼型颤振边界研究

随着风力机叶片长度不断增加,其柔性增加,气弹稳定性下降。准确判别叶片气弹稳定性边界对叶片设计具有重要意义。然而,风力机现实工作环境存在不确定性的随机影响因素,使得叶片气弹稳定性边界不是确定值。基于OpenFOAM求解器,对FFA-W3-241翼型的动态失速过程进行了数值模拟,通过能量法找寻翼型俯仰与沉浮耦合运动下的颤振边界;采用基于稀疏网格法的多项式混沌方法对耦合运动进行了不确定性量化分析。结果表明,在轻度失速工况下翼型颤振边界不明确,考虑不确定因素为俯仰平均攻角、俯仰攻角振幅、俯仰折合频率、沉浮距离振幅、沉浮折合频率后,翼型发生颤振的概率为49.48%。此外,颤振发生对俯仰折合频率的敏感度最高,其次是沉浮折合频率,而沉浮距离振幅、攻角振幅对颤振的影响较小。     

考虑初始迎角影响的二维翼型跨声速颤振边界预测

目前大多数颤振问题研究主要采用零迎角条件,并未对迎角影响加以考虑,但是来流迎角对跨声速流场和气动力有一定影响。因此,基于非定常雷诺平均N-S方程(Reynolds-averaged NavierStokes,RANS)耦合结构运动方程,建立时域气动弹性分析方法,其中结构运动方程采用基于预估-校正技术的四阶隐式Adams线性多步法进行时域推进求解。对采用零度条件和考虑迎角影响的Isogai案例A模型的跨声速颤振边界进行研究。对跨声速颤振边界预测的结果表明:当0.73≤Ma≤0.76时,随着初始迎角增加,颤振速度减小,最大可减小12.5%;来流初始迎角增加使得跨声速凹坑程度较零度时有所削弱,凹坑范围扩大,自由来流为6°时,跨声速凹坑最低点的颤振速度较0°时增加了124%。因此,在对翼型开展颤振分析时,必须考虑初始迎角影响,从而准确分析颤振边界。同时,增加初始迎角可以作为一种延迟颤振的控制系统。     

折叠机翼的参数化气动弹性建模与颤振分析

针对折叠机翼的特点建立了颤振分析的参数化气动弹性模型。参数化的结构模型基于模态综合法实现;参数化的气动力模型采用偶极子网格法建立;并且阐述了基于Gram矩阵范数对于气动弹性系统颤振边界的预测方法。以折叠机翼完全展开和完全折叠构型为例,将文中方法获得的颤振边界与特征值法获得的结果进行了对比,验证了该方法的正确性。通过对不同折叠角度下的颤振边界的分析可以得出:颤振边界对折叠角度很敏感;随着折叠角度的增加,颤振模态发生了变化;较高的结构模态阻尼比可以提高颤振速度,推迟颤振现象的发生。     

离心力对径向工作叶片自振频率的影响

本文基于径向工作叶片一阶弯曲振动弹性线研究,在n<20000转/分、D_(cp)/l<10范围内,用己知的18类实际叶片不转动时的振动弹性线作为转动叶片弹性线的近似值。用数值积分法求得离心力对叶片自振频率的影响系数B_0之计算结果及图线,从而可求转动叶片的一阶弯曲自振频率。本文结果适用于变截面实际叶片,实际应用简便迅速。     

激振力阶次对整体叶盘振动影响分析

基于叶片-轮盘结构的集中质量整体模型,研究不同激振力阶次对循环结构整体叶盘的受迫振动影响.根据机械振动计算与分析方法,建立循环对称结构的整体叶盘振动方程,并应用MATLAB软件对不同激振力阶次下的循环对称结构整体叶盘进行数值模拟,绘制循环对称结构整体叶盘在各激振力阶次下的叶片受迫振动响应特性曲线.结果表明：在叶盘模型所设定的叶片数量、耦合强度、阻尼比条件下,改变激振力阶次对循环对称结构整体叶盘的共振频率产生较小的影响,不同激振力阶次下的共振区间没有发生较大的变化;激振力阶次由低阶向高阶递增,使循环对称结构整体叶盘的振幅依次递减.     

风力发电机复合材料叶片振动特性分析

针对风力发电机复合材料叶片振动特性问题，以5 MW风力发电机叶片为研究对象，通过复合材料基础确定叶片铺层方案；借助有限元法对复合材料叶片静态固有频率和运行时固有频率展开分析。结果表明：叶片第1阶固有频率为0.887 Hz,叶片前6阶模态振型均未出现扭转振动，表明该叶片抗扭转性能较好；叶片旋转时离心力使得叶片前6阶固有频率均增大，其中对叶片第1阶固有频率提升可达3.6%,对叶片第6阶固有频率仅提高0.44%;且叶片在实际运行时第1阶固有频率分别高出叶片旋转频率1P和3P为77.5%和32.5%,不发生共振现象。     

复合材料壁板热颤振的有限元分析

壁板颤振是发生在高速飞行器上的一种典型的超音速气动弹性现象。在超音速飞行器的设计中，由于气动加热效应相当剧烈，考虑热效应的壁板颤振问题成为一个不可忽视的气动弹性问题。文中采用von Karman大变形应变一位移关系、气动叻活塞理论以及准定常热应力理论建立了考虑热效应的复合材料壁板颤振的气动弹性力学模型。使用计及壁板横向剪切效应的三结点三角形Mindlin板单元(MIN3单元)推导出考虑热效应的颤振有限元方程，并给出了在频域和时域求解其颤振方程的方法。分别对一个矩形复合材料壁板和梯形复合材料壁板，计算出壁板的颤振边界并分析了温度对壁板颤振边界的影响规律。     

径向工作叶片一阶弯曲振动弯矩研究

计算结果证明:对于截面面积及惯性矩按不同规律变化的工作叶片,其弹线性的二阶导数(d~2y/dx~2)随叶片的不同规律而异。但相对振动弯矩(M)的分布对按某一变化规律的叶片言,基本保持不变。根据对140多种变截面工作叶片计算结果,整理出一般叶片的一阶弯曲振动弯矩图的变化规律。据此列成图表,可以直接用来估算相对振动应力,或者作为求解振动弯矩精确值的第一次近似。     

一种可预测全耦合失谐叶盘受迫响应的误差修正方法

基于叶盘部分失谐和叶盘全局失谐的复合模型，提出了一种可预测全耦合失谐叶盘振动响应的误差修正方法。叶盘的部分失谐反映叶盘的局部特征对系统响应的影响，叶盘的全局失谐反映失谐的总体特征，二者结合可以较为准确地描述失谐叶盘的振动规律。根据近似响应所产生的近似激振力与原激振力的比值，设置误差比例系数来修正近似响应。仿真结果表明，叶盘部分失谐和叶盘全局失谐相结合的方法能够较为准确地预计各种耦合强度下的失谐叶盘受迫振动的共振幅值；同时，误差比例系数的引入可进一步提高预测响应的精度。     

Aero-Elastic Flutter Characteristics of Laminated Composite Panel Embedded with Shape Memory Alloy Wires

超声速流中铺设形状记忆合金丝的复合材料壁板的

颤振研究

曹登庆¹,邵崇晖¹,许玉乾¹,赵海²

（1.哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

2.中国电子科技集团公司第二十九研究所,成都 610000）

创新点说明：

建立了分析铺设形状记忆合金丝的壁板颤振的新方法,并将此方法应用于研究形状记忆合金参数和安装角度对颤振抑制效果的影响。

研究目的：

研究超声速流中铺设形状记忆合金丝的复合材料壁板的颤振特性。分析了形状记忆合金的份数、预应变和温度对壁板临界颤振动压以及降低极限环幅值的影响。

研究方法：

采用von Karman大变形位移应变关系和三阶气动活塞理论描述壁板颤振模型中的几何非线性因素和气动非线性因素,基于Brison本构模型描述形状记忆合金丝的非线性恢复力,利用Hamilton原理建立超声速流中壁板的非线性运动微分方程。采用伽辽金离散法对所得的壁板偏微分运动方程进行空间离散,得到壁板的常微分运动方程组,最后采用Runge-Kutta法对壁板的动力学响应进行数值模拟。采用非线性动力学理论求解了壁板的临界颤振动压。

结果：

在复合材料层合板中铺设形状记忆合金丝可以提高壁板的临界颤振动压,形状记忆合金的最佳铺设角度是沿着气流来流方向。

结论：

通过加热形状记忆合金、增加其份数和预应变可以提高壁板的临界颤振动压,并且可以降低极限环颤振幅值。

关键词：壁板颤振,形状记忆合金,复合材料,极限环振动

     

叶片失谐对叶盘结构振动特性的影响

叶片失谐在实际叶盘结构中是不可避免的,并严重影响叶盘的振动特性.文章将失谐叶盘的模态及受迫振动响应投影到谐调叶盘模态空间,并提出一种节径谱的研究方法,通过关于不同节径的谐调模态的组合来描述失谐叶盘模态和受迫响应.基于叶盘集中参数模型,分析了叶片刚度失谐对叶盘频率转向区内外的模态振型及受迫响应等特性的影响规律.研究表明,节径谱的研究方法能够较为准确地捕捉失谐对叶盘结构振动特性的影响作用,对建立失谐与谐调叶盘结构振动特性之间的内在联系具有重要意义.     

叶盘结构受迫振动响应特性和主动失谐技术实验研究

文章开展了失谐叶盘结构受迫振动响应特性及叶片主动失谐技术的实验研究.基于12叶片谐调叶盘结构的叶尖质量调节方法,分别实现了两组典型的叶片随机失谐形式和两组典型的叶片主动失谐形式,在叶片根部施加行波激振力,对随机失谐叶盘结构的受迫响应振动局部化进行了实验研究,并初步验证了叶片主动失谐技术对随机失谐的抑制能力;总结了失谐对叶盘结构受迫振动响应特性的影响规律,实验结果与有限元仿真结果吻合较好.     

Forced response characteristics of bladed disks with mistuning non-linear friction

Aimed at the difficulty in revealing the vibration localization mechanism of mistuned bladed disks by using simple non-linear model,a mechanical model of the bladed disk with random mistuning of hysteretic dry friction damping was established.Then,the incremental harmonic balance method was used to analyze the effects of the parameters of bladed disks,such as the mistuning strength of dry friction force,coupled strength,viscous damping ratio and friction strength,on the forced response of the bladed disks.T...     

弹塑性疲劳微弯裂纹CTOD及J积分问题

从理论上比较精确地研究了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域边界上的交变正应力和交变剪应力的分布状况.综合考虑了疲劳作用应力、塑性区域交变正应力和交变剪应力,利用二阶摄动方法,研究分析了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的范围.利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端张开位移的最大值及变化幅值.以弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的边界曲线为积分回路,求解了疲劳载荷作用下弹塑性弯曲延伸裂纹尖端J积分的最大值与变化幅值.为有效地预测及驾驭疲劳载荷作用下工程结构裂纹的弯曲扩展提供了理论依据.     

水翼艇水弹性分析

对水翼及水翼艇的颤振作了理论上的探讨和数值上的分析．具体讨论了二维水翼的颤振机理，分析研究了水翼升力系统的密度比、重心位置、固有频率比等基本参数对颤振稳定性的影响．理论预测水翼的临界颤振速度与资料中的实验值比较吻合．对水翼艇采用有限元法进行颤振分析，提供了预测水翼艇临界颤振速度的方法     

颤振激励下金属冷挤压成形降载特性

分析颤振激励下金属冷挤压成形过程中利用“有效摩擦力”降低材料变形抗力的成形机理,对比凹模固定以及凹模在不同参数颤振激励下的有限元仿真结果.仿真实验表明：颤振激励能够降低坯料成形过程中的平均行程载荷;颤振频率及幅值越大,平均行程载荷降低越多, 提出颤振平台的机构,并分析工作原理.选用6061铝材作为冷挤压的坯料,完成凹模固定及凹模颤振激励下的反挤压的实验研究.分析坯料在实际反挤压过程中行程载荷的特点,实验结果表明：凹模引入颤振激励后,挤压过程中的稳定行程载荷明显降低;当凹模颤振频率为100 Hz,幅值为0.012 mm时,稳定行程载荷降低约6%;当凹模颤振频率为200 Hz,幅值为0.012 mm时,稳定行程载荷降低约7.5%.     

颤振激励下金属冷挤压成形降载特性

分析颤振激励下金属冷挤压成形过程中利用“有效摩擦力”降低材料变形抗力的成形机理,对比凹模固定以及凹模在不同参数颤振激励下的有限元仿真结果.仿真实验表明：颤振激励能够降低坯料成形过程中的平均行程载荷;颤振频率及幅值越大,平均行程载荷降低越多, 提出颤振平台的机构,并分析工作原理.选用6061铝材作为冷挤压的坯料,完成凹模固定及凹模颤振激励下的反挤压的实验研究.分析坯料在实际反挤压过程中行程载荷的特点,实验结果表明：凹模引入颤振激励后,挤压过程中的稳定行程载荷明显降低;当凹模颤振频率为100 Hz,幅值为0012 mm时,稳定行程载荷降低约6%;当凹模颤振频率为200 Hz,幅值为0012 mm时,稳定行程载荷降低约75%.