航空发动机叶片-轮盘-鼓筒装配部件的耦合动力学及其振动局部化控制研究

The power components of aeroengine composed of thin-walled components assembly, which determines it is prone to occur coupling vibration, and the disturning of the parameters of structure/boundary easily causes vibration localization phenomena. Complex and changeable load environment makes it appear a increasing probability of local high-frequency-amplitude vibration. In recent years, affected by the vibration localization phenomenon, cracks damage appear at some local and connecting location in type aeroengine blades and drum, which indecate that it has a very urgent and important engineering and scientific singnificance for the research on the coupled vibration and the localization of vibration with the thin-walled assembly components. Different from other scholars‘s practices ignoring the assembly loads among parts, this project will take the blade-disk-drum assembly parts as the research object, and establish the blade-disk-drum component level coupled dynamic model considering the assembly loads between parts. This project fcous on the coupled vibration of the assembly components, and the localization of vibration by the distuned parameters of the structures and interfaces. With the calculation of the vibration response, the project will investigate the sensitivity and contribution of the coupled vibtration and localized vibration from the different parameters of structures and interfaces. The project will integrate the traditional contact and advanced non-contact testing means effectively, for hte concurrent validation with the theoretical studies. This research will fully reveal the characteristics of coupled vibration and localization of vibration of the aero engine blade-disk-drum assembly components.

航空发动机做功部件多由薄壁构件装配而成，结构和装配特点导致其容易出现耦合振动，且失谐因素容易引起振动局部化现象，复杂的载荷环境更使其出现局部高频过幅振动的概率有增无减。近些年，受振动局部化现象影响，一些型号航空发动机叶片和鼓筒的局部连接位置出现裂纹损伤，因此对部件级耦合振动和振动局部化的研究有着十分急迫且重要的工程和科学意义。区别于其他学者忽略构件间装配载荷的做法，本项目以叶片-轮盘-鼓筒装配部件为研究对象，建立考虑叶片-轮盘-鼓筒构件间装配受力影响的部件级动力学模型。研究装配部件的耦合振动，和由结构失谐及“界面”参数失谐引起的振动局部化问题；并辅以振动响应计算研究不同结构参数和“界面”参数对耦合振动和局部振动的灵敏度和贡献度。项目将传统的接触式和新型的非接触式测试手段有效结合，同步验证理论研究工作。课题的研究将完整地揭示航空发动机叶片-轮盘-鼓筒装配部件的耦合振动及振动局部化特性机理。

航空发动机做功部件多由薄壁构件装配而成，多构件装配成部件的特点导致其容易出现耦合振动，且加工、装配失谐因素容易引起结构的局部化振动现象，复杂的载荷环境更使其出现局部高频过幅振动的概率有增无减。近些年，受局部化振动现象影响，一些型号航空发动机叶片和鼓筒的局部连接位置出现裂纹损伤，因此对部件级耦合振动和振动局部化的研究有着十分急迫且重要的工程和科学意义。本项目以叶片-轮盘及轮盘-鼓筒装配部件为研究对象开展了部件级的耦合动力学研究工作。主要研究内容如下：叶片-轮盘-鼓筒装配部件动力学模型建立方法研究；装配“界面”力学模型的表达方法研究；叶片-轮盘-鼓筒装配部件耦合动力学特性研究；结构失谐和“界面”特性失谐引起的部件模态局部化研究；叶片-轮盘-鼓筒装配部件的振动响应特征研究；叶片-轮盘-鼓筒耦合部件的振动实验研究。通过研究发现：叶片-轮盘-鼓筒耦合系统的耦合特征受到各结构柔性程度影响，且存在一定的影响规律；在动力学设计时不能随意地将单部件单独地做动力学计算分析，而应该考虑其与其它零部件的相互耦合特点。对于含有装配界面部件的动力学设计，更不能随意将其直接考虑为一体进行计算分析，而应充分考虑其界面力学特点，再研究其动力学特性，以获得更为准确的计算数据，最终提高设备的使用性能。.通过本课题的研究，得出的关于叶片-轮盘耦合及其装配结构的动力学规律，基本摸清了装配结构在不同状态如粘滞和滑移状态下耦合系统的动力学特征，以及参数失谐后的局部振动现象；同时也得出了轮盘-鼓筒耦合结构及螺栓连接鼓筒结构的动力学规律，基本摸清了盘鼓耦合结构耦合机理以及螺栓连接鼓筒的非线性振动特征；相关研究结果可为相关产品的设计提供理论参考，同时研究过程中所进行的实验设计可为相关部门的测试工作提供可靠的实际参考价值。也为后期更为复杂的多场耦合动力学问题提供直接的理论基础。