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转子系统是航空发动机的重要组成部分,如何快速、高效地找出影响转子动力学响应特性的关键因素,设计出满足性能要求的结构和解决各类转子动力学故障,是现今航空领域专家和学者针对转子系统动力学方面的一个研究方向。针对转子动力学问题求解时间长和计算规模大的问题,本文提出将响应面法用于求解转子系统的动力学响应特性,结合试验设计、函数拟合和有限元仿真计算,实现对转子系统临界转速特性和叶片-机匣碰摩热-结构耦合动力学响应特性的响应面法研究。具体研究内容归纳如下:(1)总结了响应面分析中常用的方法及其适用范围和特点,为后面选取合适的试验点筛选准则和响应面函数拟合方法,以及进行转子系统临界转速特性和叶片-机匣碰摩热-结构耦合动力学响应特性的响应面分析做准备;(2)将响应面法引入到转子系统临界转速特性的求解中,把结构复杂、具有较多自由度的转子系统有限元模型用响应面模型代替,给出了一种求解变轴径转子临界转速特性的响应面方法。以转子系统主要结构参数为设计变量,以一阶临界转速值为响应,进行试验点筛选和响应面函数拟合,建立了转子系统临界转速的响应面模型。通过对转子系统的临界转速特性进行灵敏度分析,获取关键因素对临界转速的影响;(3)研究了摩擦热-结构耦合场的分析方法及流程,基于旋转坐标系下的Fourier方程,建立了叶片与机匣碰摩的热-结构耦合模型,采用直接耦合法进行叶片-机匣碰摩热-结构耦合动力学响应特性研究。通过与不考虑温度效应时的计算结果进行对比,可以看出温度效应对结构应力场具有较为明显的影响,因而不能忽略碰摩热效应的影响;(4)建立了叶片-机匣的碰摩热-结构耦合动力学响应特性的响应面模型,提出了叶片-机匣碰摩热-结构耦合特性的响应面分析技术。以压力载荷、转速及摩擦系数为设计变量,得到了结构最大等效应力与上述设计变量之间的函数关系,并进一步研究了叶片-机匣结构的应力场随上述因素的变化趋势。