涡轮转子叶片叶根阻尼装置减振特性分析及实验研究

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叶片是航空发动机的重要构件。发动机在研制、使用过程中常有叶片振动故障发生。据资料统计,叶片振动故障大约占发动机结构故障的三分之一。尤其在新机研制阶段,这种故障更是屡见不鲜。因此,深入对叶片振动特性及其减振设计技术研究,尽可能地减少叶片振动故障,采取有效减振措施,把叶片振动水平降低到允许的范围之内,是航空发动机研制、生产和使用中十分重要的问题。本文针对涡轮叶片叶根干摩擦阻尼装置的减振特性,进行了理论和实验方面的研究,提出了计算模型和分析方法,并进行了实验验证。本文的研究结果对航空发动机涡轮叶片的结构设计具有重要的理论意义和工程应用价值。  本文在局部滑动模型和整体滑动模型的基础上,提出了整体-局部统一滑动模型。该模型改善了传统整体滑动模型的缺点,即在整体滑动前,阻尼片不仅具有弹性,同时还具有阻尼,刚度系数在整体滑动前不为常数;同时又扩展了局部滑动模型的应用范围,即研究对象不仅仅局限于局部滑动状态,而且可以扩展到整体滑动状态,为带干摩擦阻尼系统振动响应分析建立了更完善的理论基础。  根据建立的整体-局部统一滑动模型,编制了干摩擦阻尼特性分析程序(DFDCA),进行了平板式干摩擦阻尼装置减振特性分析;将干摩擦阻尼特性分析程序(DFDCA)与通用有限元程序相结合,发展了带干摩擦阻尼装置系统的振动响应分析方法;通过算例分析,得到了一定正压力下,相对共振幅值随外激励变化的规律以及一定外激励下,相对共振幅值随正压力变化的规律。结果表明:正压力和外激励对阻尼器的减振效果有较大影响,确定阻尼器设计参数时,必须综合考虑正压力和外激励的影响。在此基础上,提出了无量纲正压力的定义,并将其作为干摩擦阻尼器的重要设计变量,简化了工程设计问题。  本文进行了带干摩擦阻尼装置叶片组系统的振动响应实验,测试了不同正压力、不同外激励下叶片系统的振动响应,获得了对阻尼器减振特性影响的基本规律。通过实验,验证了整体-局部统一滑动模型及振动响应分析方法的有效性。通过实验与计算的对比,验证了采用无量纲正压力作为阻尼器设计参数是可行的;实验得到了平板式干摩擦阻尼器结构参数和材料变化对减振效果的影响,并采用无量纲正压力对影响干摩擦阻尼器减振特性的因素进行了分析。  最后,本文结合实例分析,给出了平板式干摩擦阻尼器在叶片减振中的应用。
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