非線性失諧葉盤(pán)振動(dòng)局部化特性研究.pdf

1、葉盤(pán)系統(tǒng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)等渦輪動(dòng)力機(jī)械轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵部件。實(shí)際上由于安裝/制造誤差、材料缺陷和使用中磨損不均等因素，導(dǎo)致葉片的性質(zhì)會(huì)有小量差別，即失諧。葉盤(pán)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的受迫振動(dòng)響應(yīng)對(duì)失諧非常敏感。失諧葉盤(pán)的振動(dòng)能量空間局部化使少數(shù)葉片的應(yīng)力顯著增加，從而引起葉片的高周疲勞故障(HCF)、葉片斷裂或破損等問(wèn)題。而系統(tǒng)中的非線性因素使失諧葉盤(pán)的振動(dòng)響應(yīng)更加復(fù)雜。因此，有必要對(duì)非線性失諧葉盤(pán)的振動(dòng)局部化特性進(jìn)行更深入的研究。本文以航空發(fā)

2、動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部分的葉盤(pán)系統(tǒng)為研究背景，通過(guò)建立含干摩擦和間隙的葉盤(pán)結(jié)構(gòu)集中參數(shù)模型和有限元模型，對(duì)非線性失諧葉盤(pán)系統(tǒng)的振動(dòng)局部化特性開(kāi)展研究，分析失諧對(duì)非線性葉盤(pán)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律。
　　論文首先建立了含非線性干摩擦和間隙的葉盤(pán)系統(tǒng)單扇區(qū)二自由度集中參數(shù)模型，具體分析并給出摩擦力、含間隙的葉盤(pán)系統(tǒng)中的耦合作用力、氣流激振力的計(jì)算公式，建立非線性葉盤(pán)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。其次，針對(duì)失諧葉盤(pán)系統(tǒng)的模態(tài)局部化和振動(dòng)響應(yīng)局部化兩類(lèi)問(wèn)題，

3、利用四階Runge-Kutta法對(duì)失諧葉盤(pán)系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值求解，并分析其動(dòng)力學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)、弱耦合系統(tǒng)的固有頻率結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了兩個(gè)頻段。弱耦合系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)局部化現(xiàn)象比強(qiáng)耦合系統(tǒng)更明顯。非線性諧調(diào)葉盤(pán)系統(tǒng)同樣出現(xiàn)了一定的振動(dòng)局部化現(xiàn)象。利用振幅放大系數(shù)，對(duì)線性和非線性失諧葉盤(pán)系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)局部化的研究表明，振幅放大系數(shù)出現(xiàn)了失諧閾值現(xiàn)象。且非線性干摩擦和間隙的作用降低了失諧系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)局部化程度。研究諧調(diào)葉盤(pán)系統(tǒng)的非

4、線性振動(dòng)問(wèn)題時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨氣流激勵(lì)力頻率的變化，系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)單周期運(yùn)動(dòng)、多周期諧波運(yùn)動(dòng)、混沌運(yùn)動(dòng)等多種動(dòng)力學(xué)行為。而失諧因素的存在，使非線性失諧葉盤(pán)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為變得更加復(fù)雜。最后，針對(duì)失諧葉盤(pán)系統(tǒng)的模態(tài)局部化現(xiàn)象，利用Ansys軟件建立了葉盤(pán)系統(tǒng)的有限元模型，通過(guò)有限元仿真研究不同失諧強(qiáng)度下葉盤(pán)系統(tǒng)的模態(tài)振型的差別以及諧調(diào)/失諧葉盤(pán)系統(tǒng)不同階次下的模態(tài)振型，并分析高階次下的葉盤(pán)耦合振型。
　　上述成果揭示了干摩擦和間隙對(duì)失諧葉盤(pán)的影