涂敷硬涂层的整体叶盘有限元建模与减振性能分析

为了在整体叶盘结构上有效实施硬涂层阻尼减振技术,以简化整体叶盘为对象并基于Mindlin板理论,建立叶片双面涂敷Ni Cr Al Co Y+YSZ硬涂层硬涂层整体叶盘的有限元模型,并给出求解涂层整体叶盘固有特性和在阶次激励作用下的频域振动响应的方法。然后,用实验验证所建的有限元模型的正确性,并着重分析涂层厚度对整体叶盘减振效果的影响。研究表明:涂敷硬涂层后,整体叶盘的各阶模态阻尼比显著增大,阶次激励作用下的共振响应明显减小。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

模态参数技术在叶盘叶片振动特性中的应用

本文介绍了模态参数识别技术理论及模态试验技术在整体叶盘叶片动力学试验中的应用。通过将叶片模态试验与有限元模态试验相结合得出整体叶盘叶片在安装孔固持状态下的前三阶固有频率、振型和阻尼特性。试验结果证明了模态分析的可靠性,并为将来优化整体叶盘叶片设计和叶片的安全性检验提供试验依据。     

叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性振动特性研究EI北大核心CSCD

利用一种基于应变依赖性硬涂层的整体叶盘阻尼减振方案,研究了叶片涂敷应变依赖性硬涂层的整体叶盘非线性动力学特性。首先,基于离散试验数据与高阶多项式得到了非线性硬涂层的连续力学参数;然后,利用基于改进复模量理论与复合Mindlin板理论的能量有限元法,创建了考虑应变依赖性的硬涂层整体叶盘的非线性动力学模型;其次,基于Newton-Raphson计算方法提出一套非线性迭代计算流程,求解了硬涂层整体叶盘的非线性共振频率与共振响应;最后,选择叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值分析与试验测试,分析了硬涂层及其应变依赖性对整体叶盘振动特性的影响。研究结果表明,整体叶盘在涂敷硬涂层后的振动响应得到有效抑制,而应变依赖性能有效增强硬涂层对整体叶盘的减振效果。     

涂敷硬涂层的整体叶盘振动特性与阻尼解析分析

为了解决干摩擦阻尼黏弹在整体叶盘减振实施困难的问题,提出一种对叶片涂敷硬涂层的阻尼减振方法并进行了验证。创建了涂敷硬涂层的整体叶盘复合结构连续参数模型;基于Oberst梁和复模量理论推导了涂敷硬涂层的叶片的等效参数表达式,并利用里兹法求解了复合结构的固有特性;以叶片单面涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为研究实例进行数值计算,并与实验数据进行比较,同时研究了硬涂层对整体叶盘固有特性的影响,尤其是硬涂层厚度与面积对整体叶盘阻尼能力的影响。研究结果表明,NiCoCrAlY+YSZ硬涂层对固有频率有微小影响,变化范围在3%左右,但对模态损耗因子有着显著影响,大约增加了6倍,整体叶盘的共振响应受到明显抑制。     

基于硬涂层的主动失谐整体叶盘建模与分析

通过在整体叶盘各扇区叶片上涂敷不同厚度的硬涂层可以将主动失谐减振与硬涂层阻尼减振技术简单而有效地应用于整体叶盘。为了探究该方法的减振特性,首先给出了利用单个失谐扇区的结构矩阵组集成完整主动失谐叶盘结构矩阵的方法,并利用泰勒展开和最小二乘法建立了叶片上的涂层厚度与涂层引起的叶片失谐矩阵这两者的近似关系。在此基础上,利用公称模态子集法对失谐叶盘结构进行减缩建模。接着,通过与完整有限元的计算结果对比验证了所提出的近似关系与减缩模型的正确性。最后,利用该减缩模型和蒙特卡罗模拟分析了行波激励下基于硬涂层的主动失谐叶盘振动特性。研究表明:叶盘基体随机失谐下,该方法可以明显降低整体叶盘的响应水平。     

三桩基础海上风机整体结构的共振分析

该文对三桩基础的海上风力发电整体结构进行了共振分析。通过有限元软件ANSYS,建立了海上风机整体结构的有限元模型,进行了模态分析,得到了前十阶的自振频率和固有振型。然后分析了引起结构振动的主要振源,计算了这些振源的振动频率,将其与海上风机整体结构的自振频率进行了共振分析。结果表明各种主要振源不会引起海上风机整体结构的共振。     

含铰柔性结构的非线性模态分析

建立了含铰柔性结构的非线性动力学模型,利用打靶法和伪弧长法计算该结构的非线性模态和频率-能量关系图,研究含铰柔性结构的非线性特性。其次,考虑非线性铰链刚度对结构动态特性的影响,讨论了不同线性/非线性刚度与结构的非线性模态及频率-能量曲线的关系。利用非线性三自由度保守系统的模态分析,阐释频率-能量曲线能够直观反映结构的非线性特性:固有频率变化及分叉、模态转换及内共振。对含铰柔性结构的非线性模态分析及参数影响研究表明:1)含铰柔性结构的固有频率与输入能量存在明显非线性特性;2)铰链非线性刚度的增加,使得含铰柔性结构的固有频率和模态在较低的振动能量下即可发生较大变化;其次,随着线性刚度的增加,非线性特性减弱,各阶固有频率的相对变化降低,频率-能量关系图由曲线变为直线;3)较高的振动能量在结构模态之间发生转换,使得结构出现明显的内共振非线性特性。     

基于构件模态失谐模型的涂层整体叶盘失谐辨识

涂层整体叶盘失谐参数辨识是研究整体叶盘涂层减振设计的重要基础,基于构件模态失谐模型(CMM)提出了一种涂层整体叶盘失谐辨识方法。在简要介绍该失谐模型的基础上,根据涂层整体叶盘复合结构的特点,进行了质量失谐与刚度失谐辨识方法的理论推导,其中对质量失谐的辨识方法进行了近似处理;给出了失谐辨识的操作流程,包括质量及刚度失谐模态参与因子计算、质量失谐辨识、求解正则坐标向量和刚度失谐辨识等4个步骤;按照所提出的辨识流程和算法对一个简化的涂层整体叶盘进行了失谐辨识实践,得到了该叶盘质量和刚度失谐分布。按照辨识结果重新建立了一个新的失谐整体叶盘分析模型,通过对比由该模型与原涂层整体叶盘有限元模型获得的叶盘固有特性证明了辨识结果的合理性。     

基于Goodman—Smith图的叶盘结构抗共振可靠度计算

为了更准确的描述叶盘结构共振疲劳失效的极限状态以及完成叶盘结构抗共振可靠度的计算,提出了一种基于Goodman-Smith线图的叶盘结构抗共振可靠度的计算方法。通过有限元仿真计算,由对危险点在不同频率激励下的所得到的应力样本,拟合了最大及平均应力关于频率比的函数,瞽根据Goodman疲劳强度设计判据建立了叶盘结构共振疲劳失效的极限方程。选取了材料属性、载荷等随机输入参数,通过模态概率分析拟合了极限方程的响应面,得到了其对输入参数的灵敏度,井计算了结构的抗共振可靠度。     

基于微动滑移摩擦模型的失谐叶盘系统振动分析

在航空发动机叶-盘系统中,由于叶片失谐导致严重的振动局部化,造成局部叶片的高周疲劳,拟采用增加叶根干摩擦的方法降低失谐叶-盘系统振动幅值,减轻其振动局部化程度。基于微动滑移摩擦模型建立叶根阻尼器干摩擦力本构关系,采用等效椭圆代替阻尼器力与位移函数关系的迟滞回线,获得阻尼器的等效阻尼、等效刚度;将等效阻尼、等效刚度作用于叶-盘系统集中参数模型上,建立单个扇区三自由度整周失谐叶-盘系统动力学方程;采用谐波平衡法对其进行振动特性分析,讨论了叶根干摩擦对失谐叶盘系统振动特性的影响。结果表明:叶根摩擦能显著降低系统共振幅值;有叶根摩擦系统较无叶根摩擦系统的共振峰在频率上延后;增加叶根摩擦可有效降低失谐叶-盘系统的振动局部化程度。     

裂纹叶片分布对失谐叶盘结构振动特性的影响*

摘要：基于有限元实体建模方法,建立了含穿透型裂纹的失谐叶盘结构有限元模型,揭示了两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构振动特性的影响规律。研究表明,两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构的基频以及模态局部化程度均有较大影响,并发现当两个裂纹叶片处于相邻位置时,失谐叶盘结构的基频最小,模态局部化程度最高,且该现象在弱耦合条件下尤为突出。而离心力(转速)对含两个裂纹叶片的失谐叶盘结构振动局部化有减弱作用。     

失调叶片盘的振动特性

本文采用了一种非常接近于真实失调叶片盘的物理模型,借子结构模态综合法建立系统的运动方程,分析了调谐及失调叶片盘的固有振动,以及它们在几种力函数及不同激振频率下的强迫振动;研究了失调分布规律对强迫振动时失调叶片盘中最大应力幅值的影响.得到的结论可能对指导实际叶片盘的装配及排振有重要的参考价值.     

含摩擦与间隙的失谐叶盘系统振动局部化研究

 针对叶片榫头与轮盘榫槽连接处间隙及摩擦,基于叶盘结构典型集中参数模型,建立含干摩擦、间隙的非线性动力学方程,研究失谐叶盘系统振动局部化。在叶身刚度随机失谐下分析叶盘系统对不同耦合刚度的固有特性及共振响应。结果表明,非线性谐调叶盘系统亦出现振动局部化现象。利用振幅放大系数对线性、非线性失谐叶盘系统振动响应局部化研究,振幅放大系数呈失谐阈值现象,且非线性干摩擦、间隙作用会降低失谐系统振动响应局部化程度。而谐调叶盘系统非线性振动,随气流激励力频率变化,系统呈非简谐单周期运动、多周期谐波运动、混沌运动等多种动力学行为。失谐因素存在会使非线性失谐叶盘系统动力学行为更复杂。     

基于蚁群算法的航空发动机失谐叶片减振排布优化分析

在实际航空发动机叶盘结构中叶片失谐是不可避免的,并严重影响叶盘系统的振动特性和整个航空发动机的工作性能及使用寿命。通过分析得到对于一组既定的失谐叶片,其在轮盘上的安装排布顺序能很大程度上影响叶盘系统的振动情况,在此基础上,提出了一种新的振动局部化参数来表征失谐系统振动局部化程度大小,同时提出采用人工蚁群算法对叶片安装排序进行优化。研究表明：选择适当的叶片排布顺序可以有效降低叶盘系统受迫振动幅值、减轻系统振动局部化程度,同时也证明本文所采用的方法可行、有效。研究结果对降低叶盘系统振动幅度、减轻系统振动局部化具有重要意义。     

多级叶盘结构随机失谐响应特性分析

为研究多级叶盘结构最大失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式,通过没置失谐变量为优化变量,提出了运用遗传算法和序列二次规划混合方法确定最大的失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式的通用方法.针对典型三自由度扇区单级和耦合两级叶盘结构集中参数模型计算了相应谐凋系统叶片刚度失谐时的最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式,揭示了失谐跳变-局部化...     

Vibration based damage detection of rotor blades in a gas turbine engine

This paper describes the problems concerning turbine rotor blade vibration that seriously impact the structural integrity of a developmental aero gas turbine. Experimental determination of vibration characteristics of rotor blades in an engine is very important from fatigue failure considerations. The blades under investigation are fabricated from nickel base super alloy through directionally solidified investment casting process. The blade surfaces are coated with platinum aluminide for oxidation protection. A three dimensional finite element modal analysis on a bladed disk was performed to know the likely blade resonances for a particular design in the speed range of operation. Experiments were conducted to assess vibration characteristics of bladed disk rotor during engine tests. Rotor blade vibrations were measured using non-intrusive stress measurement system, an indirect method of blade vibration measurement utilizing blade tip timing technique. Abnormalities observed in the vibration characteristics of the blade tip timing data measured during engine tests were used to detect the blade damage. Upon disassembly of the engine and subsequent fluorescent penetrant inspection, it was observed that three blades of the rotor assembly were identified to have damaged. These are the blades that exhibited vibration abnormalities as a result of large resonant vibration response while engine tests. Further, fractographic analysis performed on the blades revealed the mechanism of blade failures as fatigue related. The root cause of blade failure is established to be high cycle fatigue from the engine run data history although the blades were put into service for just 6 h of engine operation.     

Statistics of responses of a mistuned and frictionally damped bladed disk assembly subjected to white noise and narrow band excitations

In this paper, the effects of friction dampers on the vibration of a mistuned bladed disk assembly are examined for the following types of random excitation: white noise and narrow band. To compute the statistics of nonlinear response, an analytical technique is developed based on the equivalent linearization method. The validity of the analytical technique has been established by comparison with the results from numerical simulations. The relation between the vibration mode of the system and the performance of friction dampers is investigated.     

Free transverse vibration of rotating blades in a bladed disk assembly

This paper investigates the natural frequency of free transverse vibration of blades in rotating disks to examine the relationship of natural frequencies, blade stiffness and nodal diameters to study how neighboring blades react upon each other and affect blade natural frequency. With the use of elastic hinge theory and a cantilever beam model subjected to either a transverse concentrated force or a bending moment at the free end, the force-deflection stiffness/moment-rotation stiffness of the beam have been developed. Thereafter, the reaction forces and moments from the neighboring blades have been determined without the need for an exact solution of large deformation of cantilever beams including geometrical nonlinearity effects. With the use of the energy conservation principle and modal theory, the natural frequency of free transverse vibration of blades in rotating disks has been determined for any nodal diameter. A comparison of the analytical and finite element solutions for a bladed disk with uniform aerofoils shows that the analytical method presented in this paper is accurate.