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.     

内燃机薄板箱体部分覆盖阻尼层技术研究

基于模态应变能法计算结构的模态阻尼损耗因子,提出采用模态应变能和的方法,研究部分覆盖阻尼层箱体的高应变能和区域,进而得到不同敷设参数对结构阻尼损耗因子的影响规律.并进一步应用模态局部化方法构造局部模态,控制最大应变能区域,实现阻尼材料布局的优化.研究结果表明,综合运用模态应变能和及模态局部方法,能准确得到并控制高应变能和集中区域的分布,为部分覆盖阻尼层的布局增加灵活性,且有助于降低结构质量.     

黏弹性阻尼材料对整体叶盘固有特性的影响

整体叶盘是航空发动机的关键部件,在多场耦合复杂边界条件作用下,容易发生复杂的振动,当叶片发生疲劳破坏时,导致整体叶盘的叶片无法更换.为提高整体叶盘的抗高周疲劳能力,提出在整体叶盘盘缘底部添加黏弹性阻尼材料以实现整体叶盘振动抑制的方法,采用复常量模型表征添加在整体叶盘盘缘的黏弹性阻尼材料,基于模态应变能法计算整体叶盘复合结构的固有频率和损耗因子,对比涂层厚度对整体叶盘固有特性的影响.结果表明,随着涂层厚度的增加,整体叶盘的低频固有频率增加,高频振动频率降低,损耗因子增大,振型变化较小.     

硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的建立

由于无法有效确定硬涂层阻尼占整个系统阻尼的份额,致使创建硬涂层复合结构减振机理分析模型变得非常困难.从分离硬涂层的阻尼贡献出发,研究了创建硬涂层悬臂梁减振机理分析模型的方法.首先,对涂层前后的悬臂梁系统进行了减振特性实验,获得了固有频率、阻尼比和振动响应.然后,在对涂层前后悬臂梁系统储能及耗能分析的基础上,确定了获取硬涂层材料阻尼贡献的方法.最后,基于Oberst梁理论,创建了同时考虑材料阻尼和等效黏性阻尼的悬臂梁系统减振机理分析模型,并校验了分析模型的正确性.结果表明:利用分离出的硬涂层材料阻尼以及涂层前测试获得的阻尼,可创建用于模拟实际涂层梁系统动力学特性的解析分析模型.     

硬涂层悬臂层合板固有特性的解析分析

基于Ritz理论,研究了解析求解硬涂层悬臂层合板固有特性的方法.用中性面的位移表征硬涂层悬臂层合板的应变能和动能,然后推导出硬涂层悬臂层合板自由振动的运动方程,并给出求解该复合结构固有频率、模态振型、模态损耗因子的方法.以涂覆NiCoCrAlY+YSZ硬涂层的T300/QY89l1型层合板为对象进行了实例研究,分别采用本文方法和ANSYS软件求解该复合结构的固有特性,通过结果比对证明了本文方法的合理性.实践表明,将硬涂层视为复合结构一个特殊的层和采用量纲反变换,可有效获得具有工程意义的硬涂层层合板固有特性参数.     

各向异性层合阻尼材料的模态应变能分析

将大型有限元软件ANSYS10．0引入到各向异性层合阻尼材料的结构分析中,应用基于应变能的模态分析方法研究了各向异性层合阻尼材料的固有频率和总应变能分布随材料主控参数的变化情况,为进一步分析各向异性层合阻尼结构的阻尼性能奠定基础。分析结果表明：主控层第5层的纤维铺设角度和第2层的铺层厚度分别取90°和0．5mm时试件的结构损耗性能最优。     

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.     

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。     

风力机叶片共固化层合结构阻尼抑颤分析

针对大型风力机叶片的颤振问题,将共固化粘弹复合材料层合结构应用于风力机叶片。首先,建立了共固化阻尼叶片三维有限元模型,通过计算某型1.5 MW风力机叶片关键模态的应变能分布情况,确定了阻尼层的铺敷位置。然后,基于模态应变能法参数化分析了阻尼层厚度与复合材料偏轴纤维角对结构固有频率及模态损耗因子的影响。最后,通过Newmark直接积分法对原叶片及阻尼叶片在额定风速下的动态响应进行了仿真对比,验证了共固化层合阻尼叶片的抑颤效果。     

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。     

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.     

硬涂层对镍基高温合金叶片的振动特性影响

为了保障高温合金叶片在极端环境下安全工作,通常在叶片表面涂敷一层硬涂层以改善其抗冲刷和耐高温等性能。本文开展硬涂层高温合金叶片的振动特性研究,建立考虑涂层各向异性的叶片有限元模型。通过对叶片进行模态分析计算硬涂层叶片的固有频率,采用谐响应分析研究其振动位移响应,并绘制坎贝尔图进行共振特性分析,最终获得了硬涂层厚度及涂敷方式对高温合金叶片振动特性的影响规律。结果表明,硬涂层能够显著降低叶片响应峰值,最大达到36.8%;在叶片工作转速附近,共振点由3 个减为2 个。可见硬涂层对高温合金叶片具有明显的减振效果。     

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.     

基于传递函数的含损伤复合材料加筋板振动

研究了具有基板嵌入分层损伤和筋板脱粘损伤的复合材料加筋层合板的振动特性。根据层合板和层合梁的一阶理论,结合Adams应变能法的模态阻尼模型,建立了含损伤复合材料加筋板动力分析的有限元方法,开发了相应的有限元分析软件。通过典型数值算例的计算结果,分别讨论了具有基板分层和筋、板间脱粘的复合材料加筋板损伤尺度和损伤位置对板的传递函数的影响,得到含不同类型和尺度的含损伤复合材料加筋板的振动特征。