非連續轉子的動力學模型及區間分析方法

《非連續轉子的動力學模型及區間分析方法》是依託北京航空航天大學，由洪傑擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非連續轉子的動力學模型及區間分析方法
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：洪傑
• 項目類別：面上項目

項目摘要

由於轉子系統振動過大帶來的整機振動超標是制約航空發動機技術發展的瓶頸問題。連線界面帶來的結構非連續性所造成的局部力學特徵的非線性，以及參數的非確定性是造成轉子振動問題難以解決的兩個關鍵因素。目前已有的界面動力學模型多基於平面搭接形式，且載荷形式簡單，難以直接套用於含有連線結構的非連續轉子系統的動力學分析，在傳統的轉子動力學分析中也沒有考慮連線的非線性剛度/阻尼。本項目擬基於已有的界面動力學模型，發展適用於航空發動機轉子連線結構的界面動力學模型，通過理論和試驗研究獲取界面特徵對力學特性的影響規律；在此基礎上，將界面模型與連續體結構動力學模型結合，建立非連續轉子的動力學模型和動力特性求解方法；最後，考慮特徵參數的非確定性，建立基於區間數學的非連續轉子的動力特性分析方法，試驗驗證轉子結構的非連續性與參數非確定性對轉子系統回響特徵的影響規律。該項目最終將為轉子系統振動回響的抑制提供一定支持。

結題摘要

在以航空發動機為典型代表的高速輕質旋轉機械中，系統巨觀的載荷特徵會影響轉子系統連線結構界面的接觸狀態，而界面接觸狀態又會反過來影響轉子系統的剛度、阻尼等力學特徵，並最終導致非連續轉子系統整體動力特性的非線性和非確定特徵。傳統的動力學理論和分析方法難以應對此類問題，難以實現對非連續轉子系統動力特性的準確預測，是造成航空發動機轉子振動超限等問題的重要因素。本項目以先進航空發動機中的非連續轉子結構系統為研究對象，針對連線結構及其界面、非連續轉子的動力學特徵分別開展理論分析、仿真計算與機理試驗研究。建立了非連續轉子系統的動力學模型，提出考慮參數非確定性的非連續轉子系統動力特性區間分析方法，為非連續轉子系統連線結構的設計奠定理論基礎，為轉子振動抑制提供新的技術途徑。圓滿完成了項目計畫書中的全部內容，達到並超過了預期目標，發表文章35篇（均標註本基金項目資助），其中SCI文章9篇（Q1區9篇），EI文章26篇，參加國際會議並作報告報告5人次，培養博士研究生2人，碩士研究生4人。針對航空發動機轉子系統中止口、法蘭-螺栓、套齒等連線結構，設計模擬試驗件，開展了連線結構力學特性的試驗研究；在此基礎上，基於界面彈塑性接觸模型等，建立了適用於非連續轉子動力特性分析的連線結構動力學模型，實現了對連線界面應力分布特徵和損耗因子的定量刻畫。基於所發展的改進薄層單元法等，進行界面模型與複雜轉子結構動力學模型的組集，實現了基於商用有限元軟體的非連續轉子動力學模型的高效準確建立，以及其振動回響的準確預估。針對非連續轉子系統，提出了基於切比雪夫多項式展開的轉子系統時頻域區間分析方法，該方法可直接套用於具有大規模自由度的複雜系統的非確定分析，並準確獲得具有非確定特徵的非連續轉子的動力特性。通過模擬試驗件和航空發動機轉子試驗件的試驗研究，研究了連線結構對轉子動力特性的影響，驗證了所建立模型與方法的準確性。