题目：叶片非线性振动响应分析及干摩擦减振设计研究

在航空发动机设计中，增加干摩擦阻尼器是降低叶片振动应力，提高其高循环疲劳寿命最常用，最有效的方法之一。由于缺乏有效的分析方法和设计工具，早期的干摩擦阻尼器都是利用经验和试验的方法来设计的。本文从理论和工程应用的实际出发，对带凸肩（叶冠）叶片的非线性振动响应及减振规律进行了试验和理论研究，开发了带凸肩（叶冠）叶片非线性响应计算软件，分析了阻尼器参数对减振效果的影响规律，形成了有工程应用价值的带阻尼器叶片干摩擦减振设计理论和方法。设计了一套带凸肩（叶冠）叶片减振效果试验验证系统，解决了对凸肩（叶冠）接触面难于准确施加正压力难题。对带凸肩（叶冠）叶片的振动特性以及接触面初始正压力、凸肩位置、接触角度以及激振力大小对减振效果的影响进行了试验研究，得出了各参数对减振效果的影响规律，为理论和数值分析方法的考核提供了对比依据。对现有的基于自由模态的时－频转换法求解带干摩擦阻尼器叶片非线性响应的方法进行了改进，消除了原来方法中几个主要误差来源，并且考虑了振动过程中接触刚度的瞬时变化，提高了计算结果的准确性。提出了约束模态的概念，建立了利用叶片约束模态柔度求解非线性响应的方法，减少了当接触面粘滞时准确求解叶片非线性响应所需要的模态阶数，提高了非线性振动响应求解效率。将带干摩擦阻尼器非线性响应求解方法与通用有限元分析软件相结合，提出了求解带干摩擦阻尼器叶片振动应力的方法，解决了振动幅值不能准确反映减振效果的问题，并使计算结果可以用于叶片高循环疲劳设计。利用经试验验证后的分析软件，对接触刚度、激振力大小和分布等因素对带凸肩（叶冠）叶片减振效果的影响规律进行了研究，得出了一些进行叶片干摩擦减振设计时有指导意义的结论。发展了一种利用通用有限元软件求解接触面切向刚度的数值方法，并研究了接触面形状，摩擦系数和材料特性等因素对接触面切向刚度的影响规律，利用计算结果拟合得到了不同条件下接触刚度随正压力变化的公式。提出了一套风扇（涡轮）叶片干摩擦阻尼减振设计方法，以带凸肩（叶冠）叶片非线性振动响应分析软件为基础，建立了能满足工程需要的叶片干摩擦减振设计理论和方法。采用本文提出的理论和方法，对某带凸肩风扇叶片和某带冠涡轮叶片进行了详细的减振设计，通过对阻尼器（凸肩和叶冠）接触参数的合理设计，将危险振型的振动应力降低到了允许的范围内。在此基础上，总结了带凸肩（叶冠）叶片干摩擦减振设计原则，为今后进行叶片干摩擦减振设计提供方法和依据。该理论和方法也适用于带缘板阻尼器叶片的减振设计。