航空发动机失谐叶盘系统振动特性与减振分析

论文摘要

航空发动机的研究和发展具有技术难度大、耗资多、周期长等特点,而发动机对飞机的性能以及飞机研制的进度和成败有着决定性的影响,而且航空发动机技术具有良好的军民两用特性,对国防和国民经济有重要意义。然而,作为航空发动机最要组成部分的叶盘系统对叶片失谐非常敏感,它使叶盘系统的振动能量集中到少数几个叶片上,即所谓的振动局部化现象,对整个航空发动机的可靠性造成极大的威胁,所以必须对发动机叶盘系统在失谐条件下的振动进行准确预测和有效减振。本文以航空发动机失谐叶盘系统为研究对象,通过理论分析和有限元仿真,对失谐叶盘系统运动规律和减振途径进行了探索和研究。首先建立了叶盘系统集中参数模型,通过该模型对叶盘系统的振动特性进行分析,讨论了失谐对叶盘系统模态和受迫振动响应的影响,得到失谐参数对叶盘系统模态和响应影响的一般规律。进而,结合所得规律,提出一种评价失谐叶盘系统振动优劣的参数；利用人工蚁群算法对既定失谐叶片在安装时如何选择最佳的叶片排布顺序进行优化研究,在兼顾降低振幅和平均各叶片振动的情况下,使各叶片分担系统整体振动能量,以达到降低疲劳、延长寿命的目的。然后在微动滑移摩擦模型的基础上,建立考虑非线性干摩擦的叶盘系统分析模型,对缘板非线性摩擦阻尼器正压力进行优化,并分析缘板非线性摩擦阻尼对失谐叶盘系统振动特性的影响规律和减振效果。最后通过有限元通用程序对失谐叶片系统振动特性进行仿真分析,对不同工况下的叶盘系统进行模态分析,并利用有限元子结构模态综合法对失谐叶盘系统进行分析,讨论失谐对叶盘系统振动模态的影响。本文所得失谐叶盘系统的振动规律和探索的减振方法对指导航空发动机叶盘系统的设计和减振排故具有一定的参考意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 失谐叶片轮盘系统模态及振动局部化研究现状
• 1.2.2 失谐叶片减振优化方面的研究现状
• 1.2.3 叶盘系统非线性干摩擦方面的研究
• 1.2.4 叶盘系统有限元仿真研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文主要创新
• 第2章 航空发动机失谐叶片轮盘系统振动特性研究
• 2.1 航空发动机失谐叶片轮盘系统动力学模型建立
• 2.2 航空发动机叶片轮盘系统模态分析
• 2.2.1 系统自由振动方程
• 2.2.2 谐调系统振动模态分析
• 2.2.3 失谐系统模态分析
• 2.3 航空发动机叶片轮盘系统受迫振动响应分析
• 2.3.1 系统受迫振动方程
• 2.3.2 谐调系统受迫振动响应分析
• 2.3.3 失谐系统受迫振动响应分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于蚁群算法的航空发动机失谐叶盘系统叶片安装排布减振研究
• 3.1 叶片排布对失谐叶盘系统受迫振动响应的影响
• 3.1.1 失谐叶片轮盘系统受迫振动响应幅值
• 3.1.2 叶片排布对失谐叶盘系统振动响应的影响
• 3.2 叶片排布优化模型的建立与分析
• 3.2.1 基于蚁群算法的叶片排布优化模型建立
• 3.2.2 优化结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 非线性摩擦阻尼影响下的航空发动机失谐叶盘系统振动分析
• 4.1 微动滑移摩擦阻尼模型
• 4.2 基于微动滑移摩擦阻尼模型的叶片轮盘系统建模与求解
• 4.2.1 微动滑移摩擦阻尼影响下的叶片轮盘系统动力学模型
• 4.2.2 系统受迫振动响应求解
• 4.3 谐调系统受迫振动响应分析及摩擦阻尼器正压力优化
• 4.3.1 系统受迫振动响应分析
• 4.3.2 摩擦阻尼器正压力最优化
• 4.4 失谐系统受迫振动响应分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 失谐叶盘系统振动特性实体仿真分析
• 5.1 叶片轮盘系统有限元分析路线及模型建立
• 5.2 谐调系统模态分析
• 5.2.1 基本概念介绍
• 5.2.2 固有频率计算结果
• 5.2.3 固有振型分析结果
• 5.3 子结构模态综合分析方法
• 5.3.1 子结构模态综合分析方法的理论基础
• 5.3.2 子结构有限元模态综合分析步骤
• 5.3.3 子结构模态分析方法验证
• 5.4 失谐系统模态分析
• 5.4.1 失谐形式说明
• 5.4.2 计算结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢