含摩擦与间隙的失谐叶盘系统振动局部化研究

 针对叶片榫头与轮盘榫槽连接处间隙及摩擦,基于叶盘结构典型集中参数模型,建立含干摩擦、间隙的非线性动力学方程,研究失谐叶盘系统振动局部化。在叶身刚度随机失谐下分析叶盘系统对不同耦合刚度的固有特性及共振响应。结果表明,非线性谐调叶盘系统亦出现振动局部化现象。利用振幅放大系数对线性、非线性失谐叶盘系统振动响应局部化研究,振幅放大系数呈失谐阈值现象,且非线性干摩擦、间隙作用会降低失谐系统振动响应局部化程度。而谐调叶盘系统非线性振动,随气流激励力频率变化,系统呈非简谐单周期运动、多周期谐波运动、混沌运动等多种动力学行为。失谐因素存在会使非线性失谐叶盘系统动力学行为更复杂。     

基于微滑移解析模型的干摩擦阻尼叶片稳态响应分析

基于单边微滑移解析模型,建立了阻尼器干摩擦力的本构关系,该模型可以较好地描述摩擦界面粘滞一滑移状态以及在同一时刻阻尼器各局部拉、压应变不同而产生的摩擦力方向的不同。采用等效刚度和等效阻尼对干摩擦力的非线性特征进行了线性化处理。引入干摩擦阻尼因子度量干摩擦阻尼效果。采用谐波平衡法对简化的带阻尼器叶片系统进行了强迫振动响应分析。分析表明：干摩擦阻尼器对叶片的作用体现在阻尼和刚度两个方面,于摩擦阻尼因子是评价干摩擦阻尼效果的一个较好的参数;存在最佳的正压力,使干摩擦阻尼因子最大,响应最小。     

基于蚁群算法的航空发动机失谐叶片减振排布优化分析

在实际航空发动机叶盘结构中叶片失谐是不可避免的,并严重影响叶盘系统的振动特性和整个航空发动机的工作性能及使用寿命。通过分析得到对于一组既定的失谐叶片,其在轮盘上的安装排布顺序能很大程度上影响叶盘系统的振动情况,在此基础上,提出了一种新的振动局部化参数来表征失谐系统振动局部化程度大小,同时提出采用人工蚁群算法对叶片安装排序进行优化。研究表明：选择适当的叶片排布顺序可以有效降低叶盘系统受迫振动幅值、减轻系统振动局部化程度,同时也证明本文所采用的方法可行、有效。研究结果对降低叶盘系统振动幅度、减轻系统振动局部化具有重要意义。     

干摩擦阻尼叶片的高保真有限元模型振动特性研究

研究考虑干摩擦效应的整圈阻尼叶片高保真有限元模型振动特性:首先建立透平机械叶盘结构在周期激振力下的多谐波有限元方程,利用固定界面模态综合法降低整圈叶盘结构的有限元方程自由度,并给出求解多谐波平衡法中非线性方程的步骤;最后以某透平叶片的高保真有限元模型作为算例,验证算法的高效性和准确性:采用多谐波平衡法在保证计算精度(最大误差1.36%)的同时大幅降低计算耗时(由12小时降至2小时);进一步分析了阻尼器的干摩擦效应对叶片的非线性振动特性的影响,为叶片阻尼结构的减振设计提供依据。     

级间接触耦合的失谐叶盘模态局部化问题研究

基于有限元实体建模方法,建立了燃气轮机拉杆转子中两级叶盘系统有限元模型,分析比较了有无级间接触耦合作用下叶盘系统的模态特性,重点研究了轮盘级间接触耦合效应对叶盘系统频率转向特性的影响。研究表明,级间接触耦合作用下出现了叶盘耦合振动的复杂振动形式,振动能量不再局限于单级叶盘;级间耦合作用导致叶盘系统的频率转向特性发生改变,频率转向区内的模态不再高度密集,降低了叶盘系统对失谐的敏感度。建立了叶片刚度失谐的两级叶盘系统有限元模型并进行模态分析,结果显示失谐叶盘系统模态局部化程度较低。     

带干摩擦接触的叶根模态阻尼分析方法

发展了一种叶根模态阻尼分析方法,针对叶根干摩擦问题,采用带接触的叶根高保真模型,基于能量耗散原理来进行模态阻尼的计算,此方法主要分为三部分:在ANSYS有限元软件中采用可描述面与面间摩擦接触交互作用的接触单元,建立带干摩擦接触的叶根高保真模型;对其进行模态分析,并在瞬态分析模块中对局部叶根模型进行简谐作用下的强迫振动模拟及求解;根据叶根接触面微滑移下干摩擦产生的耗散能,计算获取模态损耗因子。该方法可以对不同振型下带叶根干摩擦阻尼叶片的模态损耗因子进行预测分析。通过带接触面的真实叶根模型对该方法进行了验证,并分析了不同振型下振幅、转速、摩擦系数以及法向和切向接触刚度对模态损耗因子的影响。     

裂纹叶片分布对失谐叶盘结构振动特性的影响*

摘要：基于有限元实体建模方法,建立了含穿透型裂纹的失谐叶盘结构有限元模型,揭示了两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构振动特性的影响规律。研究表明,两个裂纹叶片的分布情况对失谐叶盘结构的基频以及模态局部化程度均有较大影响,并发现当两个裂纹叶片处于相邻位置时,失谐叶盘结构的基频最小,模态局部化程度最高,且该现象在弱耦合条件下尤为突出。而离心力(转速)对含两个裂纹叶片的失谐叶盘结构振动局部化有减弱作用。     

基于微滑移模型的B-G型叶片干摩擦缘板阻尼器减振特性研究

在干摩擦接触面间引入弹性剪切层来模拟干摩擦接触,考虑摩擦接触界面在振动过程中可能经历完全粘滞、局部滑移、完全滑移三个阶段,提出一种改良的微滑移摩擦阻尼模型。在该阻尼模型基础上对摩擦力-位移迟滞曲线进行了仿真,得到了符合工程实际的迟滞曲线;分析了不同外力下接触面上的摩擦分布,揭示了微滑移模型的本质;利用一次谐波平衡与等效线性化相结合,研究多种参数对阻尼器等效刚度和等效阻尼及减振特性的影响,得到的减振规律为工程中该类阻尼器设计提供了指导。     

失谐叶盘结构振动响应局部化实验研究

基于作者提出的预测失谐叶盘结构最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式的方法,利用搭建的行波激励实验系统,针对典型的整体叶盘结构模型试件进行了失谐振动响应局部化实验。首先通过有限元仿真确定失谐叶盘振动响应局部化实验所需的最坏失谐模式,然后经过数据采集与后处理得到行波激励下失谐叶盘结构的强迫响应,通过实验验证了失谐跳变-强迫响应局部化现象,实验结果与理论分析取得较好一致性。     

多级叶盘结构随机失谐响应特性分析

为研究多级叶盘结构最大失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式,通过没置失谐变量为优化变量,提出了运用遗传算法和序列二次规划混合方法确定最大的失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式的通用方法.针对典型三自由度扇区单级和耦合两级叶盘结构集中参数模型计算了相应谐凋系统叶片刚度失谐时的最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式,揭示了失谐跳变-局部化...     

失调叶片盘的振动特性

本文采用了一种非常接近于真实失调叶片盘的物理模型,借子结构模态综合法建立系统的运动方程,分析了调谐及失调叶片盘的固有振动,以及它们在几种力函数及不同激振频率下的强迫振动;研究了失调分布规律对强迫振动时失调叶片盘中最大应力幅值的影响.得到的结论可能对指导实际叶片盘的装配及排振有重要的参考价值.     

Statistics of responses of a mistuned and frictionally damped bladed disk assembly subjected to white noise and narrow band excitations

In this paper, the effects of friction dampers on the vibration of a mistuned bladed disk assembly are examined for the following types of random excitation: white noise and narrow band. To compute the statistics of nonlinear response, an analytical technique is developed based on the equivalent linearization method. The validity of the analytical technique has been established by comparison with the results from numerical simulations. The relation between the vibration mode of the system and the performance of friction dampers is investigated.     

某航空发动机整体叶盘耦合振动特性分析

通过建立某航空发动机整体叶盘的三维实体模型,对整体叶盘结构的耦合振动特性进行了固有模态特性分析。根据有限元软件ANSYS的计算结果,绘制了叶片共振转速Campbell图,分析了整体叶盘结构模态振动的基本特性,得到了整体叶盘节径-频率图,分析的结果为进一步研究整体叶盘的结构设计优化和避免共振提供了依据。     

Vibration based damage detection of rotor blades in a gas turbine engine

This paper describes the problems concerning turbine rotor blade vibration that seriously impact the structural integrity of a developmental aero gas turbine. Experimental determination of vibration characteristics of rotor blades in an engine is very important from fatigue failure considerations. The blades under investigation are fabricated from nickel base super alloy through directionally solidified investment casting process. The blade surfaces are coated with platinum aluminide for oxidation protection. A three dimensional finite element modal analysis on a bladed disk was performed to know the likely blade resonances for a particular design in the speed range of operation. Experiments were conducted to assess vibration characteristics of bladed disk rotor during engine tests. Rotor blade vibrations were measured using non-intrusive stress measurement system, an indirect method of blade vibration measurement utilizing blade tip timing technique. Abnormalities observed in the vibration characteristics of the blade tip timing data measured during engine tests were used to detect the blade damage. Upon disassembly of the engine and subsequent fluorescent penetrant inspection, it was observed that three blades of the rotor assembly were identified to have damaged. These are the blades that exhibited vibration abnormalities as a result of large resonant vibration response while engine tests. Further, fractographic analysis performed on the blades revealed the mechanism of blade failures as fatigue related. The root cause of blade failure is established to be high cycle fatigue from the engine run data history although the blades were put into service for just 6 h of engine operation.     

半主动干摩擦阻尼器在隔振系统中的抗冲击优化设计研究

建立了吸力型电磁铁的电磁和动力学模型,得到了控制电压与电磁力的关系,通过调节施加在摩擦片上的电磁力,达到控制干摩擦力的目的,从而得到了一个新型半主动式的干摩擦阻尼器。根据最优抗冲力理论,设计了半主动式干摩擦阻尼器与隔振器并联的隔振抗冲系统。通过PID控制,该设计可以在不影响隔振性能的同时,极大的提高系统的抗冲击性能。冲击响应和极限性能分析的结果均表明：该优化设计比传统的抗冲设计具有更高的抗冲击性能。     

T-root blades in a steam turbine rotor: A case study

The present work illustrates, 3D finite element analysis (FEA) of low-pressure (LP) steam turbine bladed disk assembly are carried out at a constant speed loading condition. The prime objective is to study structural integrity of bladed disk root with aid of design considerations at design stage. Secondly, design rules are developed for structural integrity of blades and disk considering a factor of safety for material, manufacturing and temperature uncertainties. These design rules are in turn used as design checks with aid of finite element analysis results.Investigations are performed based on Neuber formulae for solving a highly non-linear problem employing linear analysis tool ANSYS 12.0. Local peak stresses at blade and disk root fillet of linear analysis is used to identify the equivalent non-linear stress value by strain energy distribution method for estimating the minimum number of cycles required for crack initiation for low cycle fatigue (LCF) calculations.Design methodology is developed to address the structural integrity of blades at design point and for off-design conditions.