随机失谐叶盘系统受迫振动响应的统计特性研究

研究随机失谐对于具有循环对称周期结构的叶盘系统动力特性的影响.采用质量-弹簧组合系统模型和Monte Carlo方法,系统地研究失谐强度、耦合强度、阻尼、激振力阶次和叶片数等参数对于系统受迫振动特性的影响规律.计算结果表明,弱耦合系统比强耦合系统对失谐更加敏感,耦合强度的增加不一定导致系统振幅的降低.     

含呼吸式裂纹的失谐叶盘系统响应特性研究

含张开式裂纹的叶盘系统无法准确地反映其受迫振动响应特性,为此,基于细梁理论和线弹性断裂力学理论建立了含呼吸式裂纹的失谐叶盘系统数学模型,对比分析了呼吸式裂纹、张开式裂纹对失谐叶盘系统固有特性和振动响应的影响,揭示了呼吸式裂纹对叶盘系统振动响应局部化的影响规律。研究表明:呼吸式裂纹使得振动响应呈现复杂的非线性特征;此外,与张开式裂纹模型相比,基于呼吸式裂纹模型的叶盘系统对失谐更敏感。      

失谐叶盘振动可靠性分析的径向基极值响应面法

为了研究随机刚度失谐对叶盘振动可靠性的影响,将径向基函数神经网络与极值响应面结合提出了径向基极值响应面法。选取叶盘材料密度、工作转速、激振力幅值作为随机输入变量,叶盘振幅极值为输出响应,利用拉丁超立方抽样法抽取不同输入样本点,通过有限元分析计算得到各样本点对应的振幅极值响应,用抽取的样本点构建径向基极值响应面,并结合蒙特卡洛法对随机变量进行大批量抽样,将其带入径向基极值响应面分析得到叶盘振动可靠度。结果表明,在随机刚度失谐因素影响下,叶盘振动可靠性降低,更容易发生振动失效。通过与蒙特卡洛法、极值响应面法进行对比,得出径向基极值响应面在保证计算精度的情况下提高了计算效率。     

IHB方法在含强非线性摩擦力失谐叶盘系统响应特性研究中的应用

针对目前谐波平衡法分析高维非线性动力学系统存在求解困难等问题,文中基于增量谐波平衡法(incremental harmonic balance method,IHB法)能将高维非线性方程组转化为线性方程组进行求解的优点,将其推广应用到含强非线性干摩擦力失谐叶盘系统振动响应特性研究中,成功避开谐波平衡法必须求解非线性方程组的问题.研究表明,推广后的IHB法能较好地解决含强非线性摩擦力失谐叶盘系统响应求解的诸多问题,并且运用该方法成功发现含非线性摩擦阻尼的谐调叶盘系统也可能产生振动能量局部化现象.     

含预紧力失谐的叶盘结构振动局部化问题研究

在工程实践中发现叶盘结构存在一种新的失谐——预紧力失谐,基于一个含预紧力的叶盘结构连续参数模型,对比分析了预紧力失谐和刚度失谐下叶盘结构的振动特性,揭示了预紧力失谐对叶盘结构振动响应局部化的影响规律.研究发现,预紧力失谐不会导致模态局部化,但能导致叶盘结构出现振动响应局部化,在相同失谐强度下,预紧力失谐所导致的叶盘结构振动响应局部化程度与固有参数失谐相当.因此,预紧力失谐不能通过传统的检测手段如模态实验来发现.这些结果一方面完善了失谐叶盘结构的研究内容,一方面为叶盘结构的设计和制造提供了理论指导.     

含有非线性摩擦阻尼的失谐叶盘系统受迫响应研究

基于谐波平衡法,提出一种可用于分析含有非线性摩擦阻尼叶盘振动响应的多谐波法,对含有非线性干摩擦阻尼的失谐叶盘系统的受迫响应进行仿真计算.研究失谐叶盘系统在不同的耦合强度、失谐程度、粘性阻尼系数、干摩擦强度等系统参数影响下的受迫响应特性.同时对叶片的非线性干摩擦阻尼的散乱失谐和刚度失谐的耦合影响进行研究,总结含有非线性干摩擦阻尼的失谐叶盘系统的受迫响应规律.     

频率转向特征对失谐叶盘模态局部化的作用

基于叶盘集中参数模型,分析了叶片刚度失谐对频率转向区内的系统固有频率及叶片模态振型的影响,提出了一个描述模态局部化程度的参数,仿真研究了频率转向特征对失谐叶盘模态局部化程度的作用规律。研究表明,频率转向曲线之间关于节径的最小间隙(转向频率间隙)是反映频率转向特征的重要参数,并存在一个转向频率间隙的极小值点,在该极值点附近,频率转向区内的模态对叶片失谐非常敏感,并会导致模态局部化程度剧烈变化。     

基于FMM方法的发动机失谐叶盘瞬态响应分析

基本失谐模型FMM(Fundamental Mistuning Model)是以一种基于失谐叶盘结构的单模态族子集为模态变换阵的减缩方法,采用该方法建立分析模型,可以容易识别出控制失谐响应的基本参数,基于该理论在不同描述框架和假设前提的若干典型简化形式,给出了若干分析应用实例,以及这些方法的瞬态响应分析。     

不同冠间配合叶盘系统振动响应局部化问题研究

建立了考虑冠间配合形式的自带冠叶盘系统连续参数模型,对比分析了谐调和随机失谐两种状态下冠间紧配合和松配合叶盘系统振动局部化特征,揭示了不同冠间配合叶盘系统的振动规律。研究发现,谐调状态下,冠间松配合自带冠叶盘系统不会出现振动局部化现象,而冠顶摩擦导致冠间紧配合自带冠叶盘系统亚谐振动的发生,并且出现了较弱的振动局部化现象;叶片随机失谐状态下,冠间松配合叶盘系统将不再具备严格的单周期振动特征,冠间紧配合叶盘系统不再出现严格的亚谐振动,振动响应局部化的复杂性增加;与紧配合自带冠叶盘系统相比,松配合自带冠叶盘系统的振动响应局部化对随机失谐更敏感。     

叶盘结构频率转向特征及失谐敏感性实验研究

搭建了用于失谐叶盘结构固有特性及失谐敏感性研究的实验平台,对谐调叶盘结构的频率转向现象进行了实验研究,验证了以往理论分析和有限元仿真中发现的频率转向特征和模态振型转换现象;通过在叶尖粘贴不同的质量块,模拟了三种典型的叶片失谐形式,实验研究了失谐叶盘结构的模态局部化问题;针对同一叶片失谐形式下不同的模态密度区域,实验研究了模态密度对失谐敏感性的影响规律。实验结果与有限元实验仿真结果吻合较好。     

某型涡轮盘/叶片/轴的耦合振动分析

某型涡轮盘/叶片/轴的耦合振动分析为某型涡轮结构设计的一个重要工作内容。本文首先采用UG软件对某型涡轮盘/叶片以及某型涡轮盘/叶片/轴进行三维实体建模,导入ANSYS软件建立了其耦合振动分析的有限元模型,并分别对其进行了静频与动频的计算与分析。计算结果表明:在工作转速范围内,该型涡轮盘/叶片/轴不存在危险振动。本文的工作为某型涡轮转子的设计提供计算分析依据。     

基于键合图的失谐叶盘系统振动试验方法研究

以适用于多能域系统建模的键合图为工具,提出了一种能应用于复杂叶盘系统动力学特性研究的模拟试验方法,建立了叶盘系统的键合图模型和相应的动力学试验模型,利用该方法在指导叶盘系统动力学模拟试验时,能快速、简便而又直观地得到系统动力学特性研究结果,从而为工程中复杂叶盘系统的动力学研究提供了新的方法和思路。     

基于叶片贡献度的叶盘系统频率转向特性

为了分析频率转向对失谐叶盘系统振动的影响,针对某型航空发动机压气机叶盘系统,采用子结构模态综合法建立了有限元缩减模型,从应变能角度分析了叶盘系统的频率转向特性,计算了失谐叶盘系统模态振动贡献度因子和局部化因子。通过不同频率转向间隙对应的失谐叶盘系统受迫振动响应贡献度因子与局部化因子,分析了频率转向间隙和叶片贡献度因子对失谐叶盘系统局部化的影响。结果表明,频率转向对失谐叶盘系统振动局部化影响显著,在频率转向区域,失谐叶盘系统的振动局部化程度较高;随着频率转向间隙变化,叶片应变能对失谐叶盘系统局部化的贡献度呈现一定的规律性。     

失谐对叶片-轮盘结构振动特性的影响

研究了失谐对叶片—轮盘结构系统振动特性的影响。将叶片模拟为固定在轮盘上的悬臂梁模型,采用Hamilton变分原理和Galerkin方法,导出了系统的运动方程表达式。求解状态方程的特征值问题获得系统的特征向量。以一个含16个叶片的叶片—轮盘结构为例,分析了它的振动模态。结果表明,失谐会导致系统的振动模态出现局部化现象。分析了叶片的失谐量和轮盘的转速对结构振动模态局部化的影响。     

基于强迫振动响应的结构损伤识别

为了识别结构的损伤位置和损伤程度,利用结构在多个脉冲激励下的强迫振动响应数据,把结构在损伤前后的响应数据相减,并对它们的差值求曲率,最后通过ANSYS有限元软件对具有不同损伤程度的固支梁进行仿真,并对其强迫响应数据按上面方法处理后,所得结果能判断出梁损伤的位置和损伤程度的大小,说明此方法是有效的。     

基于FE-ERSM航空发动机叶盘结构可靠性研究

为了更准确地描述航空发动机叶盘结构的变形以及控制的合理性,提出了一种高效高精度的概率分析方法,即有限元-极值响应面法（finite element extremum response surface method, 简称FE-ERSM）。该方法与响应面法（response surface method,简称RSM)和蒙特卡罗法（Monte Carlo method,简称MCM)相比,在不降低精度的情况下,效率显著提高,具有非常重要的工程应用价值。在分析中考虑了典型载荷,选取输入变量且考虑了参数的不确定性等因素。通过概率分析,不仅获得了其径向变形可靠度和径向变形以及应力场模拟样本、极值响应面、相对概率分布,而且对其径向变形和应力场进行灵敏度分析,得到了影响叶盘结构径向变形以及应力场分布的主要影响因素。最后,将FE-ERSM与RSM和MCM比较分析,验证了该方法在航空发动机叶盘结构分析中的合理性。     

改进的混合界面子结构模态综合法在失谐叶盘结构动态特性分析中的应用

在保证精度的条件下,为了提高航空发动机动态特性分析的计算效率,针对传统混合界面子结构模态综合法(Hybrid interface substructural component modal synthesis method,HISCMSM)综合后还可能存在计算量大的问题,提出一种改进的HISCMSM。该方法将综合后的模型进一步减缩,建立了叶片+轮盘的组合结构的参数化模型,对各个子结构建立有限元模型(Finite element model,FEM)并综合求其模态和振型。与整体结构有限元法相比,计算时间缩短23.86%~35.74%,模态偏差不大于0.49%,而传统法,其计算时间缩短14.63%~29.20%,模态偏差不超过0.57%,可见,该方法计算效率比传统法有显著提高,尤其是在高价模态求解时,计算效率提高的更加明显,同时分析了谐调与失谐叶盘结构模态位移、模态应力和模态应变能的分布,发现叶盘结构失谐后其对称性被破坏,出现了局部化现象,且随着失谐幅值的增大,振动逐渐向少数叶片集中,局部化现象越来越明显,为下一步的动态响应以及概率分析奠定了基础。