涡轮叶片干摩擦阻尼减振特性研究

摘要

发动机故障有很多，其中最常见的就是叶片的振动导致的故障，大约占到全部发动机故障的三分之一。通过干摩擦阻尼来减小叶片的振动不仅施行起来简单，而且效果显著，能够限制构件的应力水平，因此在航空发动机、电站汽轮机、燃气轮机等涡轮机上得到广泛的应用。深入研究叶片的振动特性以及其减振技术，尽可能的降低叶片的振动程度，具有极其重要的理论意义和工程实际意义。
　　本文结合有限元分析方法，在建立三维干摩擦模型的基础上，编制叶片的振动响应分析程序，通过对各种叶片进行理论计算，分析每个参数对不同叶片振动特性的影响，并将对叶片的减振特性分析扩展到叶/盘结构的叶片模型上，充分考虑了盘片耦合对减振效果的影响。本文主要工作如下：
　　（1）在二维整体—局部统一滑动模型的基础上，考虑法向振动对正压力的影响，引入动摩擦系数和静摩擦系数的概念，建立三维整体—局部统一滑动模型。
　　（2）在对三维运动模型进行求解时，考虑摩擦力的非线性特征，采用新的干摩擦阻尼等效方案，将接触面之间的干摩擦力变换为新的等效阻尼及等效刚度，推导出新的等效刚度和等效阻尼的计算公式。
　　（3）利用ANSYS软件的谐响应分析功能，结合 VC++和APDL语言，编写了对应于不同类型叶片的振动响应分析程序，用简化的带缘板阻尼器叶片、300平行冠叶片和450锯齿冠叶片进行算例分析，分析正压力、外激励对减振效果的影响，得到其各自的干摩擦减振特性。
　　（4）设计合理的振动响应实验方案，对300平行冠叶片和450锯齿冠叶片的干摩擦减振特性进行了实验分析，为理论计算提供实验参照依据。
　　（5）应用针对循环对称结构在简谐激励作用下的振动响应的数学求解模型，编写锯齿冠叶片基于叶/盘结构的循环对称结构分析程序，对450锯齿冠叶片进行基于叶/盘结构的减振特性分析。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第二章 干摩擦阻尼减振基本理论

2.1有限元方法的基本理论

2.2干摩擦阻尼模型

2.3干摩擦阻尼模型的求解

2.4本章小结

第三章 带阻尼装置涡轮叶片减振特性分析

3.1有限元软件介绍

3.2计算模型

3.3算例分析

3.4本章小结

第四章 带冠叶片阻尼减振特性实验分析

4.1实验目的

4.2实验模型

4.3激振及测量设备

4.4实验过程

4.5实验数据结果及分析

4.6实验结果与算例对比分析

4.7本章小结

第五章 基于叶/盘结构的锯齿冠叶片减振特性分析

5.1循环对称结构的数学模型

5.2基于叶/盘结构的有限元分析模型

5.3算例分析

5.4两种计算模型的计算结果对比分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文研究内容总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文