基于流固耦合的叶片结构动力学稳定性研究

摘要

压气机、风扇是航空发动机中重要的部件，叶片的动力学稳定性关系到航空发动机的正常工作运转。在影响叶片动力学稳定性的众多因素中，颤振是最为突出的一项，因此在设计阶段对叶片进行颤振稳定性分析具有重要的意义。本文以ANSYS/CFX为仿真计算工具，采用多步耦合的方式在离散的时间点上对流场和结构体进行交错耦合，通过监测叶片的振动位移来评估叶片结构的动力学稳定性，并利用能量法对结构进行稳定性校核。在流固耦合的基础上对叶栅中的直板叶片进行仿真分析，将颤振前后各个阶段直板叶片的振动特性进行了分类讨论，探讨了来流速度、质量比、叶尖间隙和进气角对叶片颤振稳定性的影响，然后对NACA0012翼型直叶片进行了颤振测算，从流场特性的角度分析了颤振产生的机理，最后对某实际叶片在额定工况下的颤振稳定性进行了分析。
　　目前的颤振研究是从理论计算仿真和试验两方面进行，而模型修正是联系理论计算仿真和试验的纽带。模型修正是指通过试验对仿真计算的模型进行参数修改，从而使仿真计算的结果更加接近真实值。然而由于颤振试验耗资较大，开展试验难度较大，本文在总结结构动力学模型修正的基础上，采用虚拟测试的方法，对流固耦合作用下的结构体进行了模型修正，为颤振的数值仿真分析提供了新思路。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

图表清单

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要工作内容

第二章 流固耦合中结构动力学理论和计算方法

2.1 引言

2.2 结构动力学

2.3 计算流体力学

2.4 流固耦合数值模拟方法

2.5 基于能量法的动力学稳定性分析

第三章 三维非定常流固耦合的叶片动力学仿真计算

3.1 引言

3.2 直板叶片稳定性分析

3.3 翼型直叶片颤振测算

3.4 实际叶片颤振稳定性分析

3.5 本章小结

第四章 流固耦合作用下的结构模型修正

4.1 引言

4.2 流固耦合作用下的结构模型修正

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文