航空發動機轉子葉片的多層次建模與高階振動精準模擬

《航空發動機轉子葉片的多層次建模與高階振動精準模擬》是依託煙臺大學，由於濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：航空發動機轉子葉片的多層次建模與高階振動精準模擬
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：于濤
• 依託單位：煙臺大學

項目摘要

轉子葉片是航空發動機、大型壓縮機等重大旋轉機械的關鍵旋轉構件。傳統直接以單個葉片為對象的振動分析計算研究方法通常不能保證葉片在複雜耦合環境下的振動特性和振動回響的準確性和精度,尤其是高階振動特性與回響分析的要求。本項目提出採用多層次建模和超模型的思想，以航空發動機壓氣機葉片為重點研究對象，突破複雜環境下轉子葉片的振動精確分析的建模問題，即分別建立航空發動機轉子系統的整機離散集中質量模型、葉片-輪盤結構的混合模型、單葉片的超模型。進而以壓氣機葉片的超模型為基礎，研究有效的振動計算分析方法，確定壓氣機葉片的固有振動特性及複雜載荷作用下的動態回響，實現壓氣機葉片的（高階）振動回響的精準模擬。本項目還將結合壓氣機葉片典型工況在試驗器上的實際測試結果，進行相應的模型驗證和方法驗證。本項目的研究成果還將為航空發動機轉子葉片的結構設計和故障診斷提供重要參考。

結題摘要

轉子葉片是航空發動機、大型壓縮機等重大旋轉機械的關鍵旋轉構件。傳統直接以單個葉片為對象的振動分析計算研究方法通常不能保證葉片在複雜耦合環境下的振動特性和振動回響的準確性和精度。本項目採用多層次建模和超模型的思想，以航空發動機壓氣機葉片為重點研究對象，首先，建立轉子系統模型實驗台少自由度有限元模型，獲得了不平衡、不對中以及不平衡複合不對中三種工況下的振動特性，並進行了實驗驗證。將轉子系統模型所提取的碟片組合結構對應節點的振動回響作為下一步碟片組合結構振動分析的基礎激勵條件。然後，建立模型轉子實驗台的葉片-輪盤組合結構的有限元模型，進行固有特性和共振特性分析，提取圓盤與直板連線部位的振動位移，作為關鍵結構件的振動載荷。最後，對直板葉片進行振動分析，通過不同工況對比，分析軸系振動對直板原理件的影響，確定直板葉片的固有振動特性及複雜載荷作用下的動態回響，實現直板葉片的振動回響的精準模型。通過上述分析結果表明：當轉子系統存在不對中、碰摩、不平衡等故障時，轉子系統的振動幅值增加。隨著轉速的升高，轉子系統的振動加劇，經由圓盤傳遞給直板的振動也增加。此外，本項目還分別考慮了複雜邊界條件對碟片組合結構和單葉片的固有特性的影響和航空發動機轉子葉片質量慢變（故障）對轉子系統動力學特性的影響。本項目的研究成果將為航空發動機轉子葉片的結構設計和故障診斷提供重要參考。