【摘要】：功能梯度材料自提出以來已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,其具有材料屬性可設(shè)計性,結(jié)構(gòu)動力學(xué)可調(diào)節(jié)性以及結(jié)構(gòu)熱力學(xué)可優(yōu)化性等特點�；谶@一特性,本文以航空發(fā)動機中轉(zhuǎn)子為工程對象,以均勻材料及功能梯度材料Timoshenko旋轉(zhuǎn)梁為力學(xué)模型,針對溫度梯度分布下靜止狀態(tài)的發(fā)動機轉(zhuǎn)子熱力學(xué)特性,以及均勻溫度場下旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性問題進行了研究。首先,針對靜止狀態(tài)下均勻材料及功能梯度材料轉(zhuǎn)子受熱不均勻問題,使用有限元軟件Abaqus中的單向耦合方法,對轉(zhuǎn)子的熱變形、熱應(yīng)力及熱模態(tài)進行仿真分析。研究結(jié)果表明Ti-6Al-4V材料與Zr O2材料相比熱傳遞時間長而熱變形小;材料梯度指數(shù)越小,轉(zhuǎn)子的熱變形越小,熱傳遞時間越短,結(jié)構(gòu)的固有頻率越小。然后,以Timoshenko梁理論為基礎(chǔ),利用拉格朗日方程,建立了在常溫環(huán)境下均勻材料及功能梯度材料旋轉(zhuǎn)梁的動力學(xué)方程,使用Chebyshev多項式及Gauss-Lobatto采樣點對其動力學(xué)方程進行離散,然后通過投影矩陣法處理各類邊界條件從而獲得渦動頻率數(shù)值解;結(jié)果表明對于懸臂邊界,存在最優(yōu)材料梯度值使得前三階渦動頻率最大。最后,先建立了熱環(huán)境下Timoshenko梁靜止狀態(tài)的系統(tǒng)動力學(xué)方程,求得熱環(huán)境下考慮熱應(yīng)力的固有頻率數(shù)值解,通過與Abaqus有限元軟件中計算結(jié)果相對比,驗證了該方法求解熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)固有頻率的正確性;然后使用同樣的方法,建立了熱環(huán)境下均勻材料及功能梯度材料Timoshenko旋轉(zhuǎn)梁的動力學(xué)方程,并針對不同邊界條件、溫度場、材料梯度指數(shù)及旋轉(zhuǎn)速度對渦動頻率及臨界轉(zhuǎn)速的影響進行了分析;研究結(jié)果表明,對于溫度場的影響,其熱應(yīng)力不能忽略,在熱屈曲溫度內(nèi),隨著溫度升高,結(jié)構(gòu)頻率下降;隨著彈性支撐剛度的增大,渦動頻率存在敏感區(qū)間,在敏感區(qū)間內(nèi),渦動頻率變化很大;在懸臂邊界下,存在最優(yōu)材料梯度指數(shù)使前三階渦動頻率最大,且存在最優(yōu)梯度指數(shù)使臨界轉(zhuǎn)速最大;在熱屈曲溫度場內(nèi),隨轉(zhuǎn)速的增大,渦動頻率的“分叉”程度增大。本文,通過上述對比結(jié)果可知,功能梯度材料在轉(zhuǎn)子力學(xué)分析中,可以優(yōu)化轉(zhuǎn)子熱變形等熱力學(xué)特性以及渦動頻率等動力學(xué)特性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第 1 章 緒 論的目的和意義世紀以來，旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)大量出現(xiàn)并被廣泛地應(yīng)用于航空、航縱軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于航空推進系統(tǒng)，電力傳輸系統(tǒng)工業(yè)中的一些機械設(shè)備，如蒸汽機和工業(yè)機器、燃氣渦輪，還有一些用于鏜銑操作的切削工具、太空中軸向旋轉(zhuǎn)穩(wěn)看作旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)[1]。

圖 1-2 金屬與陶瓷組成的 FGM 示意圖度梁研究現(xiàn)狀梯度梁的研究，，功能梯度材料可以按所設(shè)計的方向進度方向或軸向變化），其中材料屬性梯度變化規(guī)律最型。在對材料屬性沿厚度方向變化的功能梯度梁動力用微分求積法，建立了功能梯度 Euler-Bernoulli 梁的速度對功能梯度梁橫向振動特性以及失穩(wěn)形式的影響-Ritz 法，建立了沿厚度方向梯度變化的功能梯度材料i 梁動力學(xué)方程，在不同邊界條件下，同時分別分析對兩種梁模型固有頻率的影響；屬性沿軸向梯度變化的功能梯度材料，Shahba 等[29][3化單元法(differential transform element method, DTEM度 Euler-Bernoulli 和 Timoshenko 梁的動力學(xué)方程，振動以及軸向穩(wěn)定性進行了研究，分析了不同材料梯固有頻率以及軸向臨界屈曲載荷的影響。趙陽、黃意
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V231.96

【參考文獻】

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本文編號：2631414