葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)故障時(shí)有發(fā)生。研究葉片的振動(dòng)特性、排除葉片的振動(dòng)故障、抑制葉片的振動(dòng)以提高其工作安全性是航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)特性及其減振設(shè)計(jì)技術(shù),將葉片的振動(dòng)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(jià)值。本文通過理論推導(dǎo)、數(shù)學(xué)建模、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn),研究了帶干摩擦阻尼器葉片系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性和相關(guān)非線性特性。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)用移動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算的流程圖,并且運(yùn)用所建模型對(duì)葉片緣板和阻尼器之間的三種不同振動(dòng)狀態(tài)和阻尼器的減振效果進(jìn)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(dòng)狀態(tài)變?yōu)檎郴瑺顟B(tài),最后當(dāng)正壓力很大時(shí)變?yōu)橥耆硿顟B(tài)。當(dāng)正壓力很大時(shí),阻尼器與葉片緣板組成一個(gè)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(yùn)動(dòng)階段。最優(yōu)正壓力隨著外激勵(lì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)下成組帶冠葉片的運(yùn)動(dòng)方程,確定了相鄰葉冠間粘滯-滑動(dòng)-分離的邊界條件。應(yīng)用這個(gè)模型研究了剛度比、旋轉(zhuǎn)速度和氣流激振力幅值對(duì)振動(dòng)響應(yīng)的影響以及剛度比、初始間隙和接觸角對(duì)減振效果的影響。定義了一個(gè)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(yùn)動(dòng)。隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加,參考葉片會(huì)出現(xiàn)周期1,周期3和準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)。隨著激振力幅值的增加,參考葉片的運(yùn)動(dòng)先從周期1運(yùn)動(dòng)變化到周期3運(yùn)動(dòng),然后再轉(zhuǎn)化到準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng),最后轉(zhuǎn)變到周期3運(yùn)動(dòng)。當(dāng)初始間隙相對(duì)較大時(shí),剛度比對(duì)能量密度的影響很大,但當(dāng)初始間隙小于等于某一值時(shí),剛度比對(duì)能量密度幾乎沒有影響。當(dāng)剛度比小于某一值時(shí),葉冠之間才會(huì)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(shí)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(gè)指數(shù)型的動(dòng)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(yùn)動(dòng)方程,研究了葉冠間隙和非線性剛度比以及氣流激振力對(duì)自帶冠葉片振動(dòng)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(huì)出現(xiàn)周期1,周期2,周期3和混沌運(yùn)動(dòng)。對(duì)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(huì)出現(xiàn)周期1,周期3和混沌運(yùn)動(dòng)。自帶冠葉片出現(xiàn)周期p(p=1,2,3,4)運(yùn)動(dòng)的原因是存在一個(gè)碰摩周期是激振力周期的p倍。間隙不對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致自帶冠葉片的振動(dòng)特性更加復(fù)雜�；靹�(dòng)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在被一定范圍的p周期運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)的邊界條件。結(jié)果表明,二維耦合干摩擦振子確實(shí)存在粘滑運(yùn)動(dòng)。在x方向和y方向的激勵(lì)頻率和相位角均不相同時(shí),振子的振動(dòng)特性會(huì)更加復(fù)雜。(5)對(duì)附加緣板和葉冠干摩擦阻尼器的平板葉片的振動(dòng)及減振特性分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并將所得實(shí)驗(yàn)結(jié)論與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著正壓力的增加緣板阻尼器由從完全滑動(dòng)狀態(tài)變?yōu)檎郴瑺顟B(tài),最后當(dāng)正壓力很大時(shí)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(jí)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(kù)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(kù)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(yàn)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(duì)速度為零時(shí)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(dòng)的過程中，當(dāng)切個(gè)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(dòng)移量即預(yù)滑動(dòng)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(kù)侖摩擦模型認(rèn)為接觸面間的滑動(dòng)是突然發(fā)生的，這與工程實(shí)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(hào)：2824408