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题目:微小叶盘结构振动特性研究

关键词:航空发动机,微小叶盘,受迫振动,静电激励

  摘要



叶片一轮盘结构是航空发动机的关键部件。统计表明,叶盘结构故障绝大多数是由于振动引起的,且其振动故障多为疲劳损伤,典型的有强迫振动引起的共振导致的高周疲劳以及气流诱导振动引起的颤振导致的大应变低周疲劳,严重影响了发动机的可靠性。

本文根据宏观的叶盘结构,结合微观结构振动特性,对微小叶盘结构进行了设计,包括其形状、尺寸、材料等;根据微小叶盘的结构特点选用线切割的方式进行加工,并利用高温加压的方法,解决其在加工和搬运过程中人为导致的变形问题;综合研究不同激励方法的各自特点,选择了MEMS中常用的静电激励作为激励手段,并根据对静电激励原理的分析,确定了本实验静电激励的方式方法及影响激励力大小的主要参数;分析实验所需条件,初步设计并搭建出振动实验台。

为了研究叶盘结构参数对叶盘振动特性及振动响应的影响,本文选取了微小叶盘的多个典型结构参数,如:叶片长度等,作为研究对象,利用无量纲化思想对研究参数和相应的叶盘尺寸进行了具体设置;在此基础上建立具有不同结构参数的微小叶盘的有限元模型,并通过相应的模态分析和谐响应分析,分析和总结了在同等外激励条件下发生一阶共振时各典型结构参数对叶盘结构振动响应的影响规律。 根据计算分析结果,针对各研究参数中具有代表性的参数值,设计并加工微小叶盘进行实验研究,对实验结果和计算结果进行对比分析。

宏观叶盘结构复杂,计算分析工作量巨大,且其加工难度大、激振困难,要开展相应的振动试验研究也非常困难。本文利用微小叶盘结构简单、加工方便且易于激振等优点,针对宏观叶盘的结构特点和振动特性,设计并开展微小叶盘结构振动计算分析和实验,研究典型结构参数对微小叶盘振动及响应特性的影响规律,结合宏观叶盘和微小叶盘结构的关联性,为宏观叶盘结构的振动设计和分析提供新的思路和方法。