压气机叶片振动综合可靠性分析方法研究

摘要

压气机叶片属于航空发动机中关键零件之一，其工作的安全可靠性直接关系到整个发动机的运行状态和寿命安全。振动引起的失效是叶片主要的失效形式。通过对叶片的材料因素、尺寸公差因素、外激振力因素等影响压气机叶片振动的因素的分析研究，建立起压气机叶片的振动可靠性分析模型，为评估指导压气机叶片的改型、改进提供参考和依据。主要的研究内容如下：
　　（1）从研究压气机叶片的振动形式和受迫振动机理入手，基于有限元分析思想，建立了压气机叶片结构的动力学有限元模型，实现了压气机叶片的振动模态分析和振动响应分析。在压气机叶片结构的动力学有限元模型基础之上，考虑了叶片材料、结构尺寸及工况分散性，采用响应面法和蒙特卡洛法，建立了压气机叶片动力学概率分析模型和方法，实现了压气机叶片固有频率、最大振幅及最大振动应力的概率分析。
　　（2）基于结构可靠性的应力-强度干涉理论，建立了单频激励单自由度、单频激励多自由度和多频激励多自由度抗共振可靠性分析模型，结合压气机叶片动力学概率分析方法，建立了压气机叶片结构的抗共振可靠性分析方法。采用该方法对叶片抗共振可靠性进行了计算分析，验证了所建立方法的可行性。
　　（3）将刚度过载失效和强度过载失效统一为振幅过载失效。基于结构可靠性的应力-强度干涉理论，建立了抗振幅过载可靠性分析模型，包括单频激励单自由度、单频激励多自由度和多频激励多自由度抗振幅过载可靠性分析模型，结合压气机叶片动力学概率分析方法，建立了压气机叶片结构的抗振幅过载失效可靠性分析方法。采用该方法对叶片抗共振可靠性进行了计算分析，验证了所建立方法的可行性。
　　（4）根据抗共振可靠性和抗振幅过载可靠性模型，根据独立事件发生的概率分析理论，推导了抗共振可靠性和抗振幅过载的综合可靠性模型，结合压气机叶片动力学概率分析方法，建立了压气机叶片结构的振动综合可靠性模型和方法，并对压气机叶片结构综合可靠度进行了分析。
　　（5）采用所建立的压气机叶片动力学概率分析方法，进行了叶片几何尺寸、材料属性和工况以及激振载荷对叶片固有频率和振幅的敏度分析。分析表明：等截面直叶片的固有频率对叶片长度方面的尺寸最为敏感；叶片振幅响应最大位移对随机输入变量的敏感性由大到小依次为：激振力力幅、叶片材料密度、激振力频率、叶片厚度、弹性模量、叶片高度。

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图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外发展概况

1.3本文的主要研究内容

第二章 叶片动力学模型及振动模态分析

2.1引言

2.2叶片振动的基本理论

2.3叶片振动的动力学有限元分析

2.4基于ANSYS的叶片振动模态分析

2.5本章小结

第三章 叶片抗共振可靠性分析

3.1引言

3.2结构可靠性分析的基本理论

3.3叶片固有频率与激振力频率为随机变量的分析

3.4叶片结构抗共振可靠性分析

3.5叶片结构的可靠性分析求解方法

3.6算例分析

3.7本章小结

第四章 叶片抗振幅过载可靠性及叶片综合可靠性分析

4.1引言

4.2结构振幅过载失效形式分析

4.3叶片结构抗振幅过载可靠性

4.4叶片振动综合可靠性分析

4.5算例分析

4.6本章小结

第五章 压气机叶片振动综合可靠性分析

5.1压气机叶片抗共振可靠度求解分析Equation Section (Next)

5.2压气机叶片抗振幅可靠度求解分析

5.3压气机叶片综合可靠度求解分析

5.4本章小结

第六章 全文总结和展望

6.1本文主要工作总结

6.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录一 第三章附表

附录二 第四章附表