【摘要】：葉片-輪盤結(jié)構(gòu)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件之一,其質(zhì)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的性能和可靠性。由于加工誤差、使用中的不均勻磨損、材料分散性、抑制顫振引入的錯(cuò)頻等因素,葉盤各扇區(qū)間必然產(chǎn)生微小的差別,稱之為“失諧”。失諧導(dǎo)致葉盤各扇區(qū)能量分布不均,造成嚴(yán)重的振動(dòng)局部化問題,是導(dǎo)致葉片高周疲勞的主要原因之一。因此,對失諧葉盤動(dòng)態(tài)特性的研究尤為重要。本文通過改變?nèi)~片剛度和楊氏模量間接模擬葉盤的頻率失諧,并將基于模態(tài)族的減縮模型和代理模型技術(shù)應(yīng)用于頻率失諧葉盤的模態(tài)特性和響應(yīng)特性的研究中,以某鈦合金壓氣機(jī)葉片-輪盤結(jié)構(gòu)和集中參數(shù)葉盤結(jié)構(gòu)為例,驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)特性快速分析方法的有效性。首先,本文將頻率失諧引入集中參數(shù)模型和有限元模型,實(shí)現(xiàn)了剛度隨機(jī)失諧二自由度扇區(qū)集中參數(shù)模型和材料隨機(jī)失諧有限元APDL參數(shù)化模型的建模。其次,本文對葉盤的失諧機(jī)理進(jìn)行深入探討,闡述了表征葉盤振動(dòng)模態(tài)局部化程度的模態(tài)局部化因子和表征葉盤振動(dòng)響應(yīng)局部化程度的幅值放大因子的構(gòu)建方法。隨后基于振型節(jié)徑譜和模態(tài)族的概念對比分析了諧調(diào)、失諧葉盤的模態(tài)特性和響應(yīng)特性。為提高失諧葉盤動(dòng)態(tài)特性分析的效率,本文利用諧調(diào)葉盤的模態(tài)信息,給出一種求解失諧葉盤模態(tài)和諧響應(yīng)的減縮方法,研究了模態(tài)族的數(shù)量和完整度對減縮模型精度的影響。使用減縮方法的分析效率比使用完整模型提高了80%以上。通過該減縮方法對不同失諧強(qiáng)度下的100組樣本的模態(tài)局部化因子和幅值放大因子進(jìn)行研究,結(jié)果表明葉片模態(tài)族和頻率轉(zhuǎn)向區(qū)的模態(tài)振型對葉片失諧更敏感,容易出現(xiàn)較強(qiáng)的局部化問題,幅值放大因子在不同失諧強(qiáng)度下產(chǎn)生“閾值”效應(yīng)。同時(shí),為抑制隨機(jī)失諧,本文引入兩種人為失諧形式,并探究其振動(dòng)抑制效果�！笆еC”具有不確定性,為研究失諧葉盤結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性,需抽取大量樣本,當(dāng)樣本數(shù)量過大時(shí),減縮方法依然耗時(shí)較多。因此,本文提出用代理模型代替有限元和減縮方法的分析過程,以單扇區(qū)和多扇區(qū)葉片剛度失諧集中參數(shù)模型為例,計(jì)算失諧葉盤的幅值放大因子,結(jié)果表明幅值放大因子呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性,EI-Kriging模型的預(yù)測精度比二次響應(yīng)面模型的預(yù)測精度高,更適合解決這類強(qiáng)非線性問題。最后,本文針對EI-Kriging模型加點(diǎn)效率低的問題對最大期望提高準(zhǔn)則進(jìn)行改進(jìn),給出一種多點(diǎn)加點(diǎn)EI準(zhǔn)則,依據(jù)多點(diǎn)加點(diǎn)準(zhǔn)則在一次迭代過程中增加多個(gè)空間無關(guān)的新樣本點(diǎn),該加點(diǎn)策略使得整個(gè)過程的計(jì)算效率提高了28%。
【圖文】：

對失諧的模擬還分為確定性失諧和隨機(jī)失諧。確定性失諧討論了失諧下的振動(dòng)局部化規(guī)律。然而，考慮到葉片失諧實(shí)際上是隨機(jī)的，因立了各種模型研究隨機(jī)失諧葉盤的概率振動(dòng)特性，分析不同分布的參數(shù)率、模態(tài)振型和振動(dòng)響應(yīng)的影響[10, 11]。.2 失諧葉盤振動(dòng)局部化現(xiàn)象概述某些情況下，葉盤振動(dòng)能量被集中在少部分葉片上，產(chǎn)生振動(dòng)局部化現(xiàn)局部化可以細(xì)分為兩個(gè)方面：模態(tài)局部化（Modal Localization）[12, 13]和局部化（Vibration Transmission Localization）[14]。模態(tài)局部化產(chǎn)生模態(tài)振和模態(tài)頻率轉(zhuǎn)向兩種物理現(xiàn)象。失諧后，葉盤系統(tǒng)模態(tài)振型的“廣延”，前后對比如圖 1.1 所示。此時(shí)，少數(shù)扇區(qū)的振幅大大增加，從而將模態(tài)部化”在少量的扇區(qū)上。振動(dòng)傳遞局部化主要表述的是葉盤輸入的能量葉盤上的激勵(lì)）被限制在局部區(qū)域，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效[15]。失諧周期結(jié)局部化問題近幾十年來廣受關(guān)注，國際著名學(xué)術(shù)期刊《Applied Mechviews》和《Chaos Solitons & Fractals》對有關(guān)研究的典型成果做了專題報(bào)道[1

① 集中參數(shù)模型集中參數(shù)模型采用集中質(zhì)量模擬葉片和輪盤的質(zhì)量，采用彈簧來模擬葉片剛度、輪盤剛度和耦合剛度，如圖1.2所示。圖1.2（a）（b）分別為單自由度扇區(qū)和二自由度扇區(qū)集中參數(shù)模型。集中參數(shù)模型規(guī)模小，求解時(shí)間短，可以應(yīng)用于設(shè)計(jì)初期階段。且該類模型可以進(jìn)行解析求解，能很好地反映諧調(diào)和失諧葉盤低階動(dòng)態(tài)特性，因而廣泛應(yīng)用于失諧葉盤的機(jī)理研究，并取得良好的效果[19]。除此之外，集中參數(shù)模型在“失諧”的表征方面優(yōu)勢明顯，可以直接改變系統(tǒng)矩陣的數(shù)值來模擬葉盤質(zhì)量、剛度和阻尼失諧。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V231.9

【參考文獻(xiàn)】

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1 白斌;白廣忱;童曉晨;許U，

本文編號：2660090