發(fā)動機葉片的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變,作業(yè)條件十分苛刻,承受較高的工作負載。且葉片是發(fā)動機暴露在外的一部分,易受到外力沖擊,如突加載荷、不穩(wěn)定氣流等,由沖擊載荷引起的動態(tài)響應(yīng)可能會導(dǎo)致葉片形變、裂紋等損壞,這可能使發(fā)動機喪失全部或部分推力。保障葉片的正常作業(yè)對發(fā)動機乃至整機都是極其重要的。因此,有必要對葉片的固有振動特性及瞬態(tài)響應(yīng)進行研究。對于葉片的動力學(xué)特性研究,常常是根據(jù)不同的形狀特征將其簡化為梁、板或殼結(jié)構(gòu)。本文將葉片假設(shè)為懸臂預(yù)扭扁殼結(jié)構(gòu),并假設(shè)其具有指數(shù)型初始幾何缺陷,同時還假設(shè)該懸臂預(yù)扭扁殼為均質(zhì)材料,具有各向同性的材料特性。運用了經(jīng)典板殼變形理論和von-Karman型應(yīng)變位移關(guān)系,通過滿足邊界條件的指數(shù)型代數(shù)多項式函數(shù)和Rayleigh-Ritz法,利用數(shù)值計算獲得懸臂預(yù)扭扁殼的固有頻率和振型,并與ANSYS所得結(jié)果進行對比,驗證了本文所用方法與結(jié)果的準確性與可靠性。在此基礎(chǔ)上,進一步得到系統(tǒng)的前四階振動模態(tài),并由能量原理獲得系統(tǒng)的非線性常微分方程方程,基于該方程進一步研究其瞬態(tài)響應(yīng)。本文主要研究懸臂預(yù)扭扁殼的固有振動特型及非線性瞬態(tài)響應(yīng)特性,并在最后一部分擴展內(nèi)容中分析了其他三種扁殼在多邊界條件下的固有振動。具體研究內(nèi)容如下:(1)通過對比驗證及數(shù)值分析,研究了不同預(yù)扭角、長寬比、旋轉(zhuǎn)速度、安裝角對于懸臂預(yù)扭殼的固有頻率及頻率轉(zhuǎn)移、振型變換的影響。(2)通過數(shù)值分析,研究了缺陷尺寸,缺陷集中程度,缺陷位置對于懸臂預(yù)扭殼固有頻率及頻率轉(zhuǎn)移、振型變換的影響。(3)通過對比驗證及數(shù)值分析,研究了控制載荷參數(shù)、長寬比、厚度、安裝角、預(yù)扭角、旋轉(zhuǎn)速度對非線性瞬態(tài)響應(yīng)的影響。(4)求解了懸臂邊界、對邊固支對邊自由邊界、四邊固支邊界下圓柱殼、球殼及雙曲拋物殼的固有頻率,并研究了幾何參數(shù)及初始幾何缺陷參數(shù)對頻率轉(zhuǎn)向、振型變換的影響。
【學(xué)位單位】：北京信息科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TK403
【部分圖文】：

將葉片簡化為固定在輪轂上的懸臂預(yù)扭扁殼模型，運用微分幾何理型三個方向曲率，基于經(jīng)典變形理論、von-Karman 型應(yīng)變位移關(guān)ayleigh-Ritz 法，考慮安裝角、預(yù)扭角、科氏力、離心力的等因素的速旋轉(zhuǎn)預(yù)扭殼的動能，離心勢能、變形勢能及外力功方程。扭殼力學(xué)模型.1 缺陷模型示意圖。采用四個坐標系來描述該模型，具體坐標系如坐標系111OX YZ，這個坐標系固定在旋轉(zhuǎn)中心處。坐標系 OXYZ1，這個坐標系是通過平移坐標系 得到的，坐預(yù)扭殼的中面上。坐標系1 0 0O xy z ，用該坐標系來描述安裝角， i , j,k是該坐標系的單動態(tài)坐標系xyz，該坐標用來說明扭轉(zhuǎn)過程，在 x 0處 y 軸與0y 軸垂直與 x 軸與 y 軸所構(gòu)成的平面，預(yù)扭殼沿著 x 方向以扭率 q 連 qa， 為預(yù)扭角。

表 3.3 本文方法及 ANSYS 方法所得幾何參數(shù)為 a=300mm, b=100mm, h=3mm模型的前五階無量綱頻率Table 3.3 Comparisons of the first five non-dimensional frequencies obtained from ANSYS and presentmethods with a =300mm, b=100mm, h=3mmPre-twistangleMethodMode No.1 2 3 4 50°Present 1.7216 7.4060 10.7259 24.1043 30.1026ANSYS 1.7291 7.3844 10.7721 24.0393 30.2058Error(%) -0.4356 0.2917 -0.4307 0.2697 -0.342815°Present 1.7048 10.5079 11.4963 29.9208 32.4756ANSYS 1.7271 10.4510 11.4564 29.7764 32.1976Error(%) -1.3081 0.5415 0.3471 0.4826 0.856030°Present 1.6479 9.9236 18.7685 29.2529 47.7568ANSYS 1.7209 9.6311 18.6773 28.6558 47.0135Error(%) -4.4299 2.9475 0.4859 2.0412 1.5564

(c)圖 3.2 表 3.4 預(yù)扭殼數(shù)據(jù)對應(yīng)的坎貝爾圖(a)預(yù)扭角 0°(b) 預(yù)扭角 15°(c) 預(yù)扭角 30°Fig 3.2 Campbell diagram of twisted shell corresponding to the data from Table 3.4(a)twisted angle 0°(b) twisted angle 15°(c) twisted angle 30°Mode 2 (1000 rpm) Mode 2 (6000 rpm) Mode 2(14000 rpm)
【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 徐鈺巍;含缺陷結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)特性研究[D];北京理工大學(xué);2014年

本文編號：2842010