旋转结构件模型试验的动力学相似理论及其应用研究

转子叶片、转盘和转鼓等旋转结构件是旋转机械中的关键部件，由于其安全可靠性要求高、承载情况复杂，旋转态下结构件的动力学问题很大程度上必须通过物理试验来研究。然而在工程实际中，直接采用全尺寸试验往往由于几何尺寸、转台动力、试验难度和试验成本等问题，考虑采用缩尺的模型试验。本课题以建立转子叶片、转盘和转鼓等旋转结构件的动力学相似设计理论为目标，解决由旋转结构件的相似模型试验来有效物理模拟动力学特性及响应过程、再现原型的典型故障特征、再由模型试验结果反推原型的动力学参数和特征等关键问题。本项目以理论研究和试验相结合为手段，以航空发动机等典型旋转机械的转子叶片、转盘和转鼓为对象，通过解析分析、有限元模拟优化和试验验证，进行旋转结构件的动力学相似设计理论研究，即有效的建立模型与原型间结构参数、材料参数、载荷条件和边界条件的比例映射关系，采用畸变修正解决实际模型不完全相似的问题，并在工程实际中加以应用。

项目以航空发动机典型结构件，即叶片、鼓筒和弹性转盘为研究对象，重点研究其试验模型的动力学相似设计理论、振动特性敏感性分析和适用区间确定方法。执行期内，严格按照计划书规定的研究内容和节点开展工作，主要取得了5项成果：（1）获得了考虑旋转效应的典型结构件动力学相似关系；（2）基于动力学相似关系，对结构和材料参数敏感性分析方法进行了研究，掌握了预测原型固有特性和响应的设计方法；（3）创新性地开展了典型结构件动力学相似试验模型的几何适用区间的研究，并开发了相关软件；（4）研究发现了不同模态下的畸变相似关系有所不同的变化规律，为实现对原型动力学特性的精确预测提供了重要理论基础；（5）建立了一套多功能试验台，进行了试验研究，并将理论计算结果、有限元仿真结果和试验结果进行了对照和确认。项目还对滚动轴承和弹性支承转子系统进行了动力学相似理论分析和研究，研究成果为解决复杂转子-支承系统模型试验台的动力学相似设计提供了依据。共发表学术论文（包括录用）34 篇，获得软件著作权登记3项、申请发明专利5项，培养硕士生7名。