● 摘要
对结构进行有效的振动控制，是提高航空发动机可靠性的重要手段之一。随着发动机性能的逐渐提升，叶片、机匣、支承系统等板壳类结构所面临的载荷情况愈加复杂。对于频带宽、成分复杂并具有非线性特征的激励源，如何实现结构振动的有效控制是本文重点研究的问题。通过大量文献的对比分析，论文采用基于记忆合金的半主动控制技术，对平板结构的变刚度振动控制和薄壁壳体结构的驱动力振动控制开展相应的理论和试验研究。
首先，论文以Ti50Ni41Cu9记忆合金材料为研究对象，创新性地对其弹性模量和损耗因子等宏观动力学参数进行了复杂影响因素下的准静态热力学试验研究，为准确描述记忆合金参数变化对系统动力学性能的影响提供数据支持。试验严格依据国标进行了试验件加工和试验器设计，通过研究材料恒温状的力学行为特征，分别选取滞后环方法和常规方法计算马氏体和奥氏体状态下的力学参数，分析并得到了热处理工艺、环境温度、应变幅值、循环次数和预塑性应变等因素对材料力学性能的影响规律。
其次，论文采用动态试验方法对记忆合金板的主振动频率进行了测试，通过考察振动幅值和环境温度的影响规律，分析了动态因素对静态试验数据的影响，并基于系统动刚度测试分析了变形速度对弹性模量的影响。利用可变子层理论，结合静力学试验数据，建立了记忆合金弹性模量随应变和温度变化的力学关系式。将实际振动状态下的弹性模量计算结果代入多参数有限元模型进行仿真计算，并与动态试验结果进行对比分析，实现了静态试验数据的动态修正，使其可以更准确的应用于动力学计算分析。
再次，论文基于粘弹性材料本构关系建立了适用于动力学分析的记忆合金材料本构模型，通过对有限元软件的二次开发，编写记忆合金材料本构程序，实现了对记忆合金真实复杂结构的动力学有限元仿真计算。对准静态试验过程和动态试验过程进行仿真，通过对比有限元计算结果与试验数据，验证了材料本构程序的正确性和有限元计算的精确度；针对变刚度振动控制过程进行瞬态动力学计算，详细分析了变温速率对系统稳态和瞬态振动响应的控制效果及控制过程中的非线性动力学特征的影响，揭示了不同激励作用下结构变刚度振动控制的机理和控制规律，为后续试验控制策略的制定提供了依据。
然后，论文进行了具有时变刚度特征的智能平板结构振动控制试验，验证了动力学仿真计算结果及所得到的控制规律的正确性。基于变刚度振动控制原理，进行了具有分布参数特征的组合结构频率特性试验，利用应变能分布计算结果指导记忆合金铺设位置，有效地改变了结构的主振动频率、影响了振动姿态，确保了变刚度控制的有效性。通过制定合理的控制策略，成功实现了稳态激励和瞬态激励作用下系统振动响应的有效控制。试验得到的不同控制参数下的系统非线性振动特征与仿真计算结果相同，验证了仿真计算的准确性。
最后，论文针对航空发动机中薄壁壳体结构的激励环境和振动特点，以记忆合金作为驱动装置，设计了高阻尼智能约束环结构，通过改变壳体结构的约束状态，有效实现了不同激励下壳体结构的振动响应控制和振动能量隔离。论文采用合理的热定型工艺和训练方法，实现了记忆合金的大变形双程记忆效应，测试分析了驱动器的恢复力性能及稳定性，并通过测试金属橡胶有效阻尼频率范围，确保了约束环控制方式的有效实现。通过频率特性试验，考察了不同结构形式约束环对壳体动力特性的影响；通过振动响应控制试验，证实了带有金属橡胶的高阻尼约束环不但能够有效控制壳体结构的稳态振动响应、隔离冲击载荷和白噪声引起瞬态振动能量，还能够显著消除控制过程中碰磨现象所导致的响应增大、频谱复杂等非线性振动特征。
凭借记忆合金的弹性模量温控特性和形状记忆效应产生的恢复力特性，论文成功实现了智能板壳结构在多种载荷激励作用下的振动控制。准确的试验数据支持、详细的理论仿真计算、有效的振动控制试验，构成了论文的全部研究内容。试验为理论提供数据支持，理论指导试验有效进行，多种研究方式结果的相互对比，验证了论文工作的真实性和准确性。论文所提出的智能板壳结构振动控制方法，不仅具有优秀的控制效果，更具有很好的工程应用前景，是一种崭新的可应用于未来高性能航空发动机的可靠性保障措施。