非線性失諧葉盤振動局部化特性研究.pdf

1、葉盤系統(tǒng)是航空發(fā)動機、汽輪機等渦輪動力機械轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵部件。實際上由于安裝/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)會有小量差別，即失諧。葉盤系統(tǒng)在運行過程中的受迫振動響應(yīng)對失諧非常敏感。失諧葉盤的振動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題。而系統(tǒng)中的非線性因素使失諧葉盤的振動響應(yīng)更加復(fù)雜。因此，有必要對非線性失諧葉盤的振動局部化特性進行更深入的研究。本文以航空發(fā)

2、動機壓氣機部分的葉盤系統(tǒng)為研究背景，通過建立含干摩擦和間隙的葉盤結(jié)構(gòu)集中參數(shù)模型和有限元模型，對非線性失諧葉盤系統(tǒng)的振動局部化特性開展研究，分析失諧對非線性葉盤系統(tǒng)的動力學(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、含間隙的葉盤系統(tǒng)中的耦合作用力、氣流激振力的計算公式，建立非線性葉盤系統(tǒng)的動力學(xué)方程。其次，針對失諧葉盤系統(tǒng)的模態(tài)局部化和振動響應(yīng)局部化兩類問題，

3、利用四階Runge-Kutta法對失諧葉盤系統(tǒng)的非線性動力學(xué)方程進行數(shù)值求解，并分析其動力學(xué)特性。研究發(fā)現(xiàn)，強、弱耦合系統(tǒng)的固有頻率結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了兩個頻段。弱耦合系統(tǒng)的振動響應(yīng)局部化現(xiàn)象比強耦合系統(tǒng)更明顯。非線性諧調(diào)葉盤系統(tǒng)同樣出現(xiàn)了一定的振動局部化現(xiàn)象。利用振幅放大系數(shù)，對線性和非線性失諧葉盤系統(tǒng)的振動響應(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)的振動響應(yīng)局部化程度。研究諧調(diào)葉盤系統(tǒng)的非

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