气激状态下粘弹性阻尼薄板动力学特性测试与分析研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mustang2001
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航空发动机中的许多结构件,诸如压气机叶片、整体叶盘等都长期处于气动载荷的工作条件下。在这些结构件应使用要求逐步走向轻质化的同时,其工作过程中的振动也越来越剧烈。过大的振动不仅会影响发动机的工作效率,而且会使构件发生疲劳破坏,从而严重影响发动机的可靠性及安全性。粘弹性阻尼减振作为应用最为广泛的减振方法常被应用于该领域中来解决此类问题。而分析气激状态下粘弹性材料对结构件的减振效果又是粘弹性阻尼减振研究需解决的一项挑战性任务。本文以粘弹性阻尼薄板作为研究对象,基于气动激振测试的结果,建立气激状态下粘弹性阻尼薄板的有限元模型,将有限元分析结果与实验比对证明了模型的正确性,在此基础上分析了气动参数及粘弹性材料参数对复合板动力学特性的影响。具体的研究内容体现于以下4方面:  首先,利用气激测试系统对粘弹性阻尼薄板的振动特性进行测试。借助于气激测试系统对被测试的粘弹性阻尼薄板施加气动激振载荷,使其处于脉冲激励的工况下。之后在共振区附近扫频测试粘弹性阻尼板的共振频率,再用共振频率激励粘弹性阻尼板进行定频响应测试,得到粘弹性阻尼薄板的共振响应。将测试获得的结果与阻尼处理前薄板相同激励条件下的测试结果进行比对,发现在气激状态下粘弹性阻尼材料对薄板具有减振作用。  然后,为了确定后续有限元模型中的气动载荷激励,基于CFD方法对气动激振载荷值的进行了标定计算。利用GAMBIT软件进行建模,FLUENT软件进行求解,得出气动激振载荷值,并与经典流体力学理论计算结果进行对照,证明了分析的合理性。在此之后,基于该方法探究部分气动参数对于气动载荷值的影响。  再则,对粘弹性阻尼材料的弹性模量以及损耗因子进行辨识。其中,运用有限元迭代方法辨识出粘弹性材料弹性模量的值,运用储能与耗能分析方法辨识出粘弹性材料的损耗因子值。最终构建了粘弹性材料的复弹性模量模型,这些参数将作为材料参数输入到后续粘弹性阻尼板的有限元分析模型中。  最后,对气激状态下粘弹性阻尼薄板进行有限元建模与分析。利用ANSYS软件对气动激振下粘弹性阻尼薄板进行有限元建模并对其进行模态计算与谐响应计算,将计算结果与气动激振测试结果对照,分析误差。在此之后,分析了气动参数及粘弹性材料参数对复合板动力学特性的影响规律。  本文的研究成果可为以航空发动机叶片为代表的薄壁构件粘弹性阻尼减振设计提供参考,也可以为该类构件气动激振载荷条件下的动力学特性分析提供依据。
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