基于减缩模型的硬涂层-失谐整体叶盘动力学分析

提出一种对叶片涂敷硬涂层的阻尼减振方法，并以涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为实例进行有效性研究.首先，利用改进的固定界面子结构模态综合法对涂敷硬涂层的失谐整体叶盘的有限元模型进行减缩，并求解其振动特性.其次，研究了硬涂层对失谐整体叶盘振动特性的影响.最后，重点分析了硬涂层厚度对失谐整体叶盘阻尼性能的影响.结果表明，硬涂层对固有频率的影响微弱，但有较强的阻尼效应，能够显著抑制失谐整体叶盘的共振响应.     

硬涂层对整体叶盘的非线性振动特性影响

硬涂层阻尼技术是一种被动减振技术,通过将阻尼硬涂层涂敷在整体叶盘的叶片上有效改善叶盘的振动特性,目前已经得到十分广泛的应用.针对NiCrAlY硬涂层的各向异性特征建立硬涂层整体叶盘有限元模型,研究硬涂层对整体叶盘非线性振动特性的影响.考虑不同的硬涂层厚度和涂敷方式,利用Campbell图分析不同转速下的硬涂层整体叶盘的固有特性.考虑横向激励作用,研究不同涂层厚度和单、双面涂层方式对振动响应特性的影响.结果 表明:涂敷NiCrAlY硬涂层对整体叶盘固有频率影响范围在1.1％～7.5％.并且通过改变硬涂层厚度和涂敷方式可以使响应峰值降低67.43％～90.21％、使共振点由6个降至4个,证明涂敷NiCrAlY硬涂层对整体叶盘具有一定的减振效果.     

基于有限元法的硬涂层-整体叶盘振动特性

基于有限元法研究了硬涂层-整体叶盘的振动特性和硬涂层的阻尼减振性能.首先,基于能量法、复合Mindlin板理论和复模量理论建立了硬涂层-整体叶盘结构的动力学方程;其次,求解了硬涂层-整体叶盘结构的模态特性和振动响应;最后,以叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的整体叶盘为实例,从理论和实验两方面校验有限元模型和硬涂层对整体叶盘的影响.结果表明,NiCoCrAlY+YSZ硬涂层对整体叶盘固有频率的影响微弱,但是有较强的阻尼增强效应,能够显著抑制振动响应.     

复杂载荷下硬涂层对整体叶盘的减振特性

为了研究硬涂层对航空发动机整体叶盘在复杂载荷下的振动影响,通过有限元分析的方法对比研究了其振动特性。首先,建立整体叶盘三维模型,导入ANSYS Workbench软件中,并在叶片的侧面添加NiCoCrAIY+YSZ硬涂层;其次,使用一维插值的方法对航空发动机整体叶盘进行稳态温度场设置,采用Fluent模块对整体叶盘气动载荷进行添加,运用预应力模态分析法研究在离心载荷、温度载荷和气动载荷作用下,硬涂层对整体叶盘非线性振动特性的影响;最后,绘制坎贝尔图,分析在不同转速下硬涂层整体叶盘的共振情况,采用谐响应分析研究其振动位移响应。结果表明：整体叶盘叶尖处更容易受到振动的影响;涂敷硬涂层可以降低整体叶盘的固有频率、响应峰值,且能减少共振点数量。可见硬涂层对整体叶盘减振具有积极影响。     

失谐整体叶盘的硬涂层减振研究

提出一种对叶片涂敷硬涂层的减振方法来提高失谐整体叶盘的可靠性,并以叶片双面涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的失谐整体叶盘为例进行振动研究.首先,为了在保证计算精度的前提下提高计算效率,利用固定界面动刚度模态综合法对涂层叶盘有限元模型进行了减缩处理;其次,基于该有限元减缩模型对涂层叶盘进行模态分析,并与全尺寸有限元模型做出了数据比较;最后探究了硬涂层对整体叶盘的影响.研究结果表明,NiCoCrAlY+YSZ硬涂层具有较强的阻尼效应,能够显著抑制整体叶盘的共振响应.     

考虑频变特性的约束阻尼结构建模与试验研究

为了提高黏弹性约束阻尼结构模型仿真精度,提出一种考虑频变特性的约束阻尼结构建模方法,并开展了试验验证.首先,对ZN-3黏弹性材料进行动态试验测试,基于最小二乘法获取黏弹性材料模量和损耗因子表达式;其次,根据ZN-3黏弹性材料损耗因子关系表达式,基于考虑频变特性的修正模态应变能法,求解了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子;最后,以贴敷黏弹性阻尼材料的悬臂约束阻尼薄板为例,从理论与试验两方面校验,结果表明,考虑频变特性的约束阻尼结构有限元模型具有较高精度,与试验测试结果比较误差在5%以内,验证了建模方法的准确性.     

大型风力机叶片阻尼层厚度分析与抑颤研究

为增强大型风力机叶片抑颤效果,从增加叶片的结构阻尼角度出发,以8 MW风力机叶片为研究对象,通过铺层设计和阻尼层位置设计为建立阻尼叶片有限元模型提供基础.分别以SHELL181单元和SOLID185单元模拟叶片上下蒙皮和阻尼层,对无阻尼叶片和阻尼叶片两种模型进行模态分析,探究阻尼层厚度变化对原叶片整体质量、固有频率及结构损耗因子的影响.确定8 MW风力机阻尼叶片阻尼层最佳敷设厚度,最后在最佳阻尼层厚度基础上对比分析两种叶片抑颤效果.结合结构损耗因子发现阻尼层厚度并非越大越好,经敷设最佳阻尼层厚度,原叶片可在质量增加极少的情况下提高抑颤能力.     

约束阻尼结构的振动分析及结构参数优化研究

为了准确获取约束阻尼复合结构(CLD)的振动特性,依据模态应变能(MSE)理论,针对黏弹性材料的温变和频变特性,基于大型通用有限元软件ANSYS及MATLAB进行了联合仿真,研究了CLD矩形薄板的振动特性。通过分析环境温度和阻尼层厚度等设计参数对结构固有频率和模态损耗因子的影响,建立了CLD设计参数的多目标优化模型,利用遗传优化算法对CLD结构参数进行了优化。分析结果表明:随着温度的升高,CLD结构的固有频率下降并趋于稳定;存在最佳温度点,使得CLD结构的模态损耗因子最大;在固有频率改变较小的情况下,通过结构参数的优化能够保证CLD结构具有低成本、高模态损耗因子等特性;联合仿真方法适用于阻尼复合结构振动特性研究,在阻尼减振技术中具有一定的理论和实用意义。     

基于PIHISCMSM失谐叶盘振动特性研究

针对新型航空发动机盘片轴一体化复杂转子系统的耦合振动问题,提出考虑预应力的改进混合界面模态综合法(PIHISCMSM),通过模态分析验证了该方法的准确性.基于Isight软件集成APDL语言,建立了叶盘系统CAD/CAE参数化驱动有限元分析平台,研究了不同叶片厚度失谐叶盘系统的动力学特性.研究表明,同种失谐模式下,叶片厚度不同时,叶盘系统的模态局部化因子对于不同模态振型的敏感程度不同,随着叶片厚度增加,叶片主导振动频率增大,叶盘系统的共振频率增加,共振峰值下降,增加叶片厚度能够降低失谐叶盘系统的振动响应局部化程度.     

考虑应变依赖性特征的硬涂层整体叶盘非线性减振分析

为了提升整体叶盘在恶劣工况下的运行可靠性,提出一种对叶片附加非线性硬涂层材料的被动阻尼减振方法,并研究具有应变依赖性的涂层整体叶盘的非线性振动特性.首先,利用实验离散数据和高阶多项式描述具有应变依赖性的硬涂层材料的非线性力学参数;然后,利用改进的Oberst梁理论和基于正交多项式的Rayleigh-Ritz能量法建立涂...     

基于试验模态的阻尼涂层整体叶盘振动局部化定量测量

用阻尼涂层对整体叶盘进行减振是一种全新的振动控制方法，为了有效实施这项技术需要对不同涂层方案下整体叶盘振动局部化程度进行有效的测量.提出一种基于试验模态数据来定量化测量整体叶盘振动局部化的方法.首先，提出振动局部化定量测量原理，并验证了其合理性;接着，提出了测量涂层整体叶盘振动局部化的流程;最后，对3种涂层方案下整体叶盘振动局部化程度进行了测量.结果表明，用本文研发的方法可以对各涂层方案对应的整体叶盘振动局部化进行有效测量，且随着涂层面积的增加，整体叶盘振动局部化程度变大且波动也较大.     

短轴向剪切加载模式下超大型黏弹阻尼墙力学性能试验

为了提高黏弹性阻尼装置温度相关性的准确度、最大阻尼力和力学性能,首先开展了黏弹性材料的温度扫描试验,然后设计了一种新式阻尼装置试验方法,即短轴向剪切加载模式方法,采用该试验方法对新型"5+4"式超大型黏弹性阻尼墙构件进行了力学性能试验.试验给出了黏弹性材料的tanδ-T,G'-T,G″-T曲线、黏弹性阻尼墙构件力-位移滞回曲线以及力学性能参数(最大阻尼力、损耗因子、等效阻尼系数、存储刚度、损耗刚度、剪切损耗模量、剪切储能模量等)的频率相关性和位移幅值相关性等.结果表明:黏弹性阻尼墙损耗因子峰值(0.77)与由黏弹性材料温度扫描试验得出的损耗因子峰值(0.79)只有微小差别,说明所设计的"5+4"黏弹性阻尼墙构件在短轴向剪切加载模式下可以很好发挥黏弹性阻尼材料的阻尼性能.     

整体叶盘约束状态对叶片模态影响程度的研究

研究了某型发动机整体叶盘在不同约束状态下叶片模态参数的变化情况。利用有限元软件对整体叶盘进行了振动特性分析,并基于变截面伯努利梁的模态分析揭示出叶片模态随盘体刚度变化的规律;同时,就盘体自由和中心固定两种状态对叶片完成了模态试验。试验结果与仿真分析相符,说明了该型发动机整体叶盘盘体约束状态的变化对叶片模态参数的影响甚微。同时指出,当整体叶盘盘体刚度比叶片大到一定倍数时,叶片的模态即可认为是相对独立的。     

黏弹性装配式减震器的性能试验研究

为了降低黏弹性减震器的整体硫化成本以及防止其胶黏层提前开裂,对黏弹性减震器进行了改进设计,通过在钢板上增设凹槽和采用螺栓增加侧压力两种方法制作出适用于冷胶黏接的新型黏弹性装配式减震器.然后,对新型装配式减震器在不同工况下进行了力学性能试验,研究其耗能特点与破坏模式,并通过力-位移滞回曲线计算出黏弹性阻尼材料的储能模量以及损耗因子,进而得出装置构造、侧压力、加载频率与位移幅值对减震器力学性能的影响规律.试验结果表明:在钢板增设凹槽以及采用螺栓增加侧压力均能提高减震器耗散振动能量的能力,而且位移幅值和加载频率越大,耗散的能量越多;与无凹槽试件相比,凹槽的存在使减震器在不同侧压力下储能模量增大12.2%～27.4%,损耗因子增大8.2%～9.5%;当侧压力从0 MPa增加至0.833 MPa时,对于新型黏弹性装配式减震器,储能模量增大16.0%,损耗因子增大15.2%.因此,采用适当的外部条件以及合理的内部构造,可以充分发挥阻尼材料的耗能性能,大大提升减震器的减震效果.     

失谐叶盘结构减振问题研究综述

叶盘结构是航空发动机、燃气轮机的重要零部件,在工程实际中应用广泛。失谐普遍存在于叶盘结构中,并且会破坏叶盘系统原有的振动特性,是导致叶盘高周疲劳失效的原因之一,因此研究如何降低叶盘结构振动是非常有必要的。在梳理国内外相关研究的基础上,介绍了叶盘结构失谐振动的机理,归纳了失谐叶盘系统减振的主要技术方法,如人为主动失谐、碰撞阻尼、摩擦阻尼、优化叶片安装排序减振等,提出了今后的一些研究方向。     

硬涂层材料对碳纤维增强复合材料叶片的振动特性影响

针对两类具有压电和压磁效应的典型陶瓷基材料的硬涂层,考虑硬涂层材料和碳纤维增强复合材料各向异性特征,建立硬涂层-碳纤维增强复合材料叶片动力学模型,基于模态分析的方法得出硬涂层材料对叶片固有频率的影响,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性,并对叶片不同转速下的固有特性进行分析。研究了硬涂层材料涂覆的厚度及位置对碳纤维增强复合材料叶片振动特性的影响,结果表明,具有压电效应的硬涂层材料涂敷在碳纤维增强复合材料叶片上可以减小振幅,从而达到减振的目的,且涂敷在叶盆上的减振效果优于涂敷在叶背上。     

整体叶盘结构叶片弹性变形规律及其对风扇气动性能的影响

以某先进三级风扇为例,通过三维计算及试验数据分析,对比研究了整体叶盘结构及盘榫结构的不同弹性特征;分析了整体叶盘结构叶片弹性变形角变化量随叶高、相对换算转速变化的特点;阐述了弹性变形角对风扇气动性能的影响;探讨了整体叶盘结构风扇叶片的气动设计方法。试验及三维计算结果表明,整体叶盘结构的弹性变形量小于盘榫结构叶片,弹性变形角随叶高及转速呈非线性变化;应用整体叶盘结构叶片气动设计方法后,在设计转速工作点流量相对增加了1.92%,效率相对提升了0.1%,风扇性能得到明显改善。     

大小叶盘-硬涂层阻尼结构的解析建模和振动分析

对叶片涂敷NiCoCrAlY+YSZ硬涂层,研究具有硬涂层的大小叶盘的动力学模型和振动特性,主要研究硬涂层对大小叶盘的阻尼减振性能的影响.首先,利用复模量理论和Oberst梁理论,建立了涂层大小叶盘结构的解析模型;然后,基于Gram-Schmidt法和Rayleigh-Ritz法,求解涂层大小叶盘结构的模态特性和受迫响应.结果表明:硬涂层阻尼对大小叶盘固有频率的影响很小,但能使模态损耗因子提高4倍,说明硬涂层可以有效提高大小叶盘的阻尼性能;此外,涂敷硬涂层可以有效抑制其受迫响应.     

基于增抗增阻技术的船用母线槽抑振设计

随着潜艇设备用电需求的提升,电力电缆的大量使用为艇内空间布置和施工带来了极大的不便.鉴于此,基于管母线与管路间的共性,从敷设自由阻尼层、增加连接部位界面阻抗失配度的角度对管母线进行了动力性能分析,分析了不同振动模态形式下的能耗.针对一种典型软连接形式,分析了包覆阻尼材料、采用黏弹夹层连接对管母线振动能量的吸收、阻隔效果;探究了内外侧绝缘阻尼层不同模量、损耗因子及厚度对管母线振动性能的影响.结果表明:该抑振设计工况可使管母线的中跨段加速度总振级降低25dB;降低内外侧绝缘阻尼层模量、增大内外侧绝缘层材料损耗因子以及分别增大外绝缘层厚度、减小内侧绝缘层厚度可以有效抑振,为母线槽振动噪声控制提供了设计支撑.     

表面阻尼涂饰意杨单板的动态力学特性

为了开发防滑减振结构型胶合板,采用阻尼涂料对意杨单板进行表面涂饰处理,应用动态热机械分析技术,研究了意杨单板阻尼体系的动态力学特性,以构建具有自由型和约束型两种阻尼结构的新型木基阻尼结构体系。结果表明:①通过在意杨单板表面涂饰阻尼涂料构建意杨单板阻尼体系是可行的,该阻尼体系在常温环境下具有优异的阻尼性能。②涂层厚度对意杨单板阻尼体系的性能具有显著影响,损耗因子和有效阻尼温域均随阻尼涂料厚度的增加而增大,自由型阻尼涂料厚度为0.5～2.0 mm时,体系的损耗因子普遍高于0.10,峰值可超过0.30,约束型意杨单板阻尼体系在涂料厚度2.0 mm条件下损耗因子最大可达0.12。③意杨单板阻尼体系的动态力学行为与常规黏弹性高分子聚合物类似,满足温频等效机制。④采用阻尼涂料对意杨单板阻尼改性,自由型阻尼结构优于约束型阻尼结构。综合考虑,建议采用自由型阻尼结构,阻尼涂料厚度控制在1.5～2.0 mm。