旋转叶片-机匣碰摩的精细化建模与振动局部化研究

旋转类压气设备如航空发动机的工作条件不断向高温、高压、高转速方向发展，这些因素引起的振动使叶片-机匣的碰摩问题十分突出。经典转静子碰摩故障理论无法解释极端工况下叶片-机匣碰摩所引起的复杂现象，因此精准仿真前提下的叶片-机匣碰摩的振动局部化研究变得十分迫切。本项目结合国内外动力学、计算与测试技术的最新发展，突破复杂多场耦合作用下的动力学建模问题，以结构有限元为基础，建立流体压力场、温度场、应力场等多场耦合碰摩的精细模型。运用传统测试和光纤光栅传感技术相结合的办法，实现对叶片-机匣碰摩系统的场参数及振动响应的在线测试，完成对精细碰摩模型的试验和校正，并在此基础上进行典型工况的仿真和试验，深入研究叶片-机匣碰摩引起的局部非线性振动问题。本项目将在叶片-机匣碰摩的精细化建模方面取得新进展，掌握振动局部化研究的理论技术，获得典型碰摩引起的局部振动特征。研究成果将应用于该类设备的具体设计和试验分析中。

经典的转-静子碰摩故障理论无法解释极端工况下叶片-机匣碰摩所引起的复杂现象，因此精准仿真前提下叶片-机匣碰摩的振动局部化研究变得十分迫切。本项目结合转子动力学、计算与测试技术的最新发展，突破转子动力学以往动力学建模方法，以结构有限元为基础，建立叶片-转子-机匣碰摩的精细模型。并进行典型工况的仿真和试验，深入研究叶片-机匣碰摩引起的局部非线性振动问题。.本项目基于课题组先有的科研基础，有计划有步骤地实现课题的顺利完成。首先，在查阅大量国内外文献的前提下，以转子动力学理论和有限元理论为基础，建立非线性支承多自由度含故障转转子-轴承动力学模型，研究转子-轴承系统碰摩响应特征。同时建立旋转叶片碰摩故障动力学模型，研究基于有限元理论的旋转叶片机匣碰摩故障的局部振动响应特征，然后研究考虑叶片-转子-机匣碰摩故障的系统局部振动响应特征。在研究的过程中也研究了汽轮机/压缩机领域近些年常用的多跨转子系统(内外双转子/齿轮转子)动力学模型。课题组采用Matlab软件包和ANSYS.APDL软件开发了转子-轴承非线性动力学工具箱及叶片-机匣碰摩程序包，并进行了相关的试验验证，这些程序包为课题的顺利完成提供有力保证。.项目组在叶片-转子-机匣碰摩的精细化建模方面取得了新进展，掌握了叶片-机匣碰摩的振动局部化研究的理论技术，获得了碰摩引起的局部振动特征。研究成果和经验将会对课题组更进一步的研究提供非常直接的帮助。也期望研究成果将直接或间接地应用于该类设备的具体设计和试验分析中。.通过项目内容的研究，项目组完成了预期的成果。截止结题申报日期，项目组共完成SCI检索期刊论文5篇，分别发表在《Journal of Mechanical Science and Technology》/《Acta Mechanica Sinica》/《Chinese Journal of Mechanical Engineering》/《Journal of Vibroengineering》期刊上。EI检索期刊论文9篇次，核心期刊4篇，并于国际(国内)学术会议上进行学术交流2篇论文。课题执行期间培养硕士生5名，博士研究生1名，且均已顺利毕业。申批专利两项，软件著作权2项(均已批准)，参编教材1部。更重要的是，除了这些指标的完成，通过项目的支持课题组搭建了相关的试验台，这将为该方向更进一步的研究提供良好的平台支持。