葉片是航空發(fā)動機的關(guān)鍵部件,由于其工作環(huán)境的復(fù)雜性、嚴(yán)峻性,葉片振動故障時有發(fā)生。研究葉片的振動特性、排除葉片的振動故障、抑制葉片的振動以提高其工作安全性是航空發(fā)動機技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。給葉片附加干摩擦阻尼器是一種有效的減小葉片振動的方法,深入研究干摩擦接觸特性、渦輪葉片干摩擦阻尼器振動特性及其減振設(shè)計技術(shù),將葉片的振動應(yīng)力水平降低到允許的范圍之內(nèi),具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文通過理論推導(dǎo)、數(shù)學(xué)建模、數(shù)值模擬和實驗,研究了帶干摩擦阻尼器葉片系統(tǒng)的動力學(xué)特性和相關(guān)非線性特性。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)用移動載荷來模擬接觸面間的正壓力和摩擦力,建立了更加精確的模型來模擬阻尼器和緣板之間的相對運動。采用有限元法和模態(tài)疊加法來求解葉片緣板阻尼器系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng),提出了求解帶有非光滑摩擦接觸的緣板阻尼器系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的數(shù)值方法。給出了用Matlab實現(xiàn)數(shù)值計算的流程圖,并且運用所建模型對葉片緣板和阻尼器之間的三種不同振動狀態(tài)和阻尼器的減振效果進行了研究。數(shù)值模擬結(jié)果表明:隨著正壓力的增加,阻尼器從完全滑動狀態(tài)變?yōu)檎郴瑺顟B(tài),最后當(dāng)正壓力很大時變?yōu)橥耆硿顟B(tài)。當(dāng)正壓力很大時,阻尼器與葉片緣板組成一個新系統(tǒng)。存在最優(yōu)正壓力使減振效果最好,且最優(yōu)正壓力存在于粘滑運動階段。最優(yōu)正壓力隨著外激勵幅值的增加而增加。(2)考慮離心剛化效應(yīng)及相鄰葉冠間的碰撞和摩擦,建立了成組帶冠葉片的集中質(zhì)量模型。推導(dǎo)了不同運動狀態(tài)下成組帶冠葉片的運動方程,確定了相鄰葉冠間粘滯-滑動-分離的邊界條件。應(yīng)用這個模型研究了剛度比、旋轉(zhuǎn)速度和氣流激振力幅值對振動響應(yīng)的影響以及剛度比、初始間隙和接觸角對減振效果的影響。定義了一個標(biāo)準(zhǔn)化的能量密度作為減振效果的量度。結(jié)果表明:隨著剛度比的變化,參考葉片可以經(jīng)歷周期1,周期3,周期5,周期9和混沌運動。隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加,參考葉片會出現(xiàn)周期1,周期3和準(zhǔn)周期運動。隨著激振力幅值的增加,參考葉片的運動先從周期1運動變化到周期3運動,然后再轉(zhuǎn)化到準(zhǔn)周期運動,最后轉(zhuǎn)變到周期3運動。當(dāng)初始間隙相對較大時,剛度比對能量密度的影響很大,但當(dāng)初始間隙小于等于某一值時,剛度比對能量密度幾乎沒有影響。當(dāng)剛度比小于某一值時,葉冠之間才會出現(xiàn)接觸碰摩,能量密度隨著初始間隙的增加而增加,即初始間隙越小,減振效果越好。隨著接觸角的增加,能量密度先減小后增加,存在最優(yōu)接觸角使減振效果最佳。(3)采用更符合實際的線性彈簧和立方非線性彈簧來描述冠間接觸剛度,采用適用于固體表面之間干摩擦接觸狀態(tài)下的一個指數(shù)型的動態(tài)摩擦模型來模擬摩擦力,考慮離心剛化效應(yīng)的影響,建立了考慮非線性彈簧和碰摩復(fù)合作用的自帶冠葉片二維彈簧質(zhì)量模型并推導(dǎo)了其運動方程,研究了葉冠間隙和非線性剛度比以及氣流激振力對自帶冠葉片振動特性的影響。結(jié)果表明:自帶冠葉片在不同的非線性剛度比和間隙比下會出現(xiàn)周期1,周期2,周期3和混沌運動。對稱間隙下,隨著間隙或者不同的氣流激振力的變化,自帶冠葉片會出現(xiàn)周期1,周期3和混沌運動。自帶冠葉片出現(xiàn)周期p(p=1,2,3,4)運動的原因是存在一個碰摩周期是激振力周期的p倍。間隙不對稱會導(dǎo)致自帶冠葉片的振動特性更加復(fù)雜�；靹舆\動出現(xiàn)在被一定范圍的p周期運動分離開的特定的參數(shù)范圍。(4)提出了一種分析二維耦合平面摩擦的方法。介紹了用來確定動靜摩擦力向量分量的摩擦力方位角的概念,給出了二維耦合平面摩擦下阻尼器粘滑運動的邊界條件。結(jié)果表明,二維耦合干摩擦振子確實存在粘滑運動。在x方向和y方向的激勵頻率和相位角均不相同時,振子的振動特性會更加復(fù)雜。(5)對附加緣板和葉冠干摩擦阻尼器的平板葉片的振動及減振特性分別進行了實驗研究,并將所得實驗結(jié)論與數(shù)值仿真結(jié)果進行了比較。實驗結(jié)果表明:隨著正壓力的增加緣板阻尼器由從完全滑動狀態(tài)變?yōu)檎郴瑺顟B(tài),最后當(dāng)正壓力很大時變?yōu)橥耆硿顟B(tài),這與數(shù)值模擬的結(jié)果是一致的;隨著激振力幅值變化,帶冠葉片的葉尖響應(yīng)有激振頻率高次諧波和一些分?jǐn)?shù)次諧波出現(xiàn),且有分岔現(xiàn)象出現(xiàn)。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V232.4
【部分圖文】：

[45]在1931年就提出了理想干摩擦模型，即Coulomb摩擦模型。庫侖摩擦模型及其力學(xué)模型如圖1-7所示。f(v)mN-mNv圖 1-7 庫侖摩擦模型(左)及其力學(xué)模型(右)

sc s c( ) ( )evf v f f f - ，sv 是Stribeck速度， 和 都是經(jīng)驗常數(shù)。Stri負(fù)斜率摩擦現(xiàn)象，可以很好的描述了低速下的摩(狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型)985年提出了一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型來研究粘滑摩好地仿真相對速度為零時的摩擦特性，并且可以態(tài)方程間的切換問題。型中發(fā)現(xiàn)，在靜止物體開始滑動的過程中，當(dāng)切個極小預(yù)位移從而達(dá)到新的靜止位置，物體開位移具有彈性，即摩擦力消除后物體沿反向移動移量即預(yù)滑動位移或Dahl效應(yīng)。Dahl模型如圖1-8

ⅱ) 雙線性滯遲模型由于庫侖摩擦模型認(rèn)為接觸面間的滑動是突然發(fā)生的，這與工程實際不相吻合，因此Iwan[49]在1961年提出了雙線性滯遲模型，該模型及其本構(gòu)關(guān)系如圖1-9、圖1-10所示。

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本文編號：2824408