涡轮缘板阻尼块的减振特性研究

摘要

干摩擦缘板阻尼块作为一种高效的叶片减振器，广泛应用于航空发动机涡轮叶片减振系统中。因其结构简单、重量轻、减振效果好、可靠性高、环境适应强等优点，近年来国内外众多学者对其进行了研究。研究主要集中在干摩擦阻尼模型改良，模型计算方法改进等方面，并取得了一些科研成果。本文主要从涡轮缘板干摩擦阻尼块的摩擦接触特性、耦合减振特性、响应特性三个方面进行研究。 首先，从缘板阻尼块与叶片的接触特点出发，建立描述干摩擦阻尼块与涡轮叶片摩擦接触的几何模型。根据叶片与阻尼块接触的几何模型，建立带圆角平冲头的平板摩擦接触模型。在该模型基础上，研究了不同几何参数条件下，接触面法向力、切向力和切向位移的分布规律。并进一步研究了几何参数对迟滞曲线、接触刚度、能量耗散的影响规律。结果表明，随着接触面率的增加，摩擦接触模型逐渐由圆柱面线接触转化为理想平板接触，迟滞曲线所围成的面积减小，每振动摩擦周期内能耗降低，当接触为圆柱面线接触时阻尼块的能耗存在最大值。 其次，依据涡轮缘板阻尼块的摩擦接触特点，以及干摩擦阻尼减振问题的非线性，并考虑阻尼块与叶片摩擦减振时的耦合振动，在二维局部-整体统一滑移模型假设条件下，结合MATLAB对非线性问题求解的优势，研究分析了阻尼系统中正压力和激振力对其阻尼系统等效接触刚度和等效阻尼的影响规律，并分别就阻尼块对叶片切向和纵向的减振效果进行了对比判定。结果表明，涡轮叶片在激振力作用下，接触面非线性阻尼的存在使叶片呈现出刚度软化的特点，每个激振力对应着一个最佳正压力使叶片振幅最小，阻尼块对叶片切向振动的减振效果明显好于轴向。 最后，在阻尼块与叶片接触特性和耦合减振特性的基础上，基于阻尼块与叶片接触的二维局部-整体统一滑移模型假设，结合ANSYS仿真软件对带缘板干摩擦阻尼块的涡轮叶片的响应特性进行了研究。分别研究了接触面正压力、激振力、接触刚度、摩擦系数对叶片峰值响应和频率的影响规律。结果表明，干摩擦阻尼块不仅在叶片振动时，起到摩擦耗能减振的作用，还能在一定条件下对叶片进行调频，在设计干摩擦阻尼器时，不仅应尽量使阻尼块工作在最佳正压力下，还应考虑阻尼块对叶片的调频作用所带来的振动抑制。

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究发展状况

1.3本文主要内容安排

第二章 干摩擦阻尼减振理论模型研究

2.1引言

2.2接触摩擦阻尼原理分析

2.3干摩擦阻尼摩擦模型

2.4干摩擦阻尼二维滑移模型研究

2.5本章小结

第三章 涡轮缘板阻尼块摩擦接触特性研究

3.1引言

3.2缘板阻尼块接触模型建立

3.3模型计算

3.4模型数值分析

3.5本章小结

第四章 涡轮缘板阻尼块二维耦合减振特性分析

4.1引言

4.2阻尼减振系统的非线性求解方法

4.3数值模拟分析

4.4本章小结

第五章 涡轮缘板阻尼块减振响应特性分析

5.1引言

5.2涡轮缘板阻尼块结构有限元模型

5.3涡轮缘板阻尼块减振响应特性分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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