题目：风扇阻尼结构动力学设计理论与方法研究

随着航空发动机技术的飞速发展，高性能涡扇发动机不断提高推重比并降低耗油率，部件大多采用空心板壳结构来减重，宽弦空心风扇就是其中的典型部件。由于工作环境特殊，风扇在承受常规气动、机械载荷的基础上，还可能承受外物打伤等非常规载荷的作用，在很宽的频域范围内均可能出现振动问题。为此，建立一套适用于新型风扇的宽频带范围内的振动抑制技术是亟待解决的任务。叶盘连接处干摩擦阻尼在振幅较大时对低阶整体振型的振动具有良好的抑制作用，气膜阻尼和夹层阻尼对复杂、局部振动的减振效果显著。因此，本文开展了以宽弦空心风扇为应用对象，针对宽频带范围内振动抑制需求的叶盘连接处干摩擦阻尼技术、气膜阻尼技术和颗粒型金属橡胶夹层阻尼技术的动力学设计理论与方法研究。根据叶盘连接处榫头-榫槽的结构特征和干摩擦接触行为的力学特征，提出了考虑振动位移和法向压力非均匀分布的干摩擦阻尼模型。通过多次谐波平衡法和Newton-Rapson迭代法实现了对带干摩擦阻尼结构叶盘系统非线性振动响应的频域求解。研究了接触状态转换形式和接触状态分布特征对系统振动响应的影响规律，建立了工程适用的动力学设计方法。基于能量法建立了用于预测接触面磨损情况的评估方法，通过带燕尾形榫头试验件试验论证了方法的可行性。以某验证机风扇叶片为工程应用对象，进行了考虑叶盘连接处干摩擦阻尼结构叶片振动响应水平和微动磨损情况的动力学评估，形成了叶盘连接处干摩擦阻尼结构的动力学设计流程和评价方法。根据挤压间隙流理论建立了用于描述气体域内气体流动特征的气膜阻尼模型，根据结构导纳法建立了用于分析固体域内能量传递的薄板吸振模型，分析了气膜和附加薄板关键设计参数对阻尼结构减振效果的影响规律。基于能量法，建立了带气膜阻尼叶片系统典型模态振动响应的单向耦合求解方法。通过带气膜阻尼结构平板叶片试验验证了仿真分析方法的有效性，并得到了气膜厚度、气腔位置、气腔压强等关键参数对叶片的振动响应的影响规律。针对真实宽弦风扇叶片高阶复杂振型的振动问题，设计了气膜阻尼结构，有效降低了振动应力水平，形成了叶片气膜阻尼结构设计流程。针对风扇复杂空腔结构特征，提出了一种轻质、高效的颗粒型金属橡胶材料。基于颗粒型金属橡胶内部结构特征和各向同性的力学特征，提出了三向螺旋卷结构基本单元，并推导了基本单元三种接触状态的力学关系，建立了颗粒型金属橡胶的本构关系和阻尼模型。通过试验研究了颗粒型金属橡胶构件的力学性能，验证了理论模型的有效性。基于模态应变能法，结合所建立的力学模型开展了带颗粒型金属橡胶夹层阻尼板壳结构振动响应分析方法的研究。以带颗粒型金属橡胶平板叶片为例，对比了填充密度、填充位置等参数变化时结构振动响应仿真与试验结果，验证了分析方法的有效性，为颗粒型金属橡胶夹层阻尼结构的工程应用提供理论和技术支持。本文从分析理论、数值仿真及试验验证等方面系统研究了用于风扇振动抑制的干摩擦阻尼结构、气膜阻尼结构和夹层阻尼结构的减振机理、阻尼模型和振动响应分析方法，建立了一套以宽弦空心风扇为应用对象的宽频带范围内振动抑制的阻尼设计技术，对于准确预测振动响应水平和防止高循环疲劳失效具有重要的工程价值。