整体叶盘动力学特性及其硬涂层阻尼减振设计方法

Blisk is a new-type structure component in aeroengine. Stiffness of blade and disc in blisk are close because of the thinner disc than the traditional disc with tenon, which results in more prominent coupled vibration problem. What’s more, the vibration damping capcity of blisk is relatively low because the structure without tenon eliminates friction interfaces resulting from the connection and contact. So, the blisk suffers from the high level vibration, even severe resonance, when areoengine works in bad environment, which can lead to high-cycle fatigue failure. From the above, novel damping technologies for blisk are necessary. Aiming at the vibration reduction for blisk, this project presents a novel damping strategy by means of hard coating. Dynamic model comsidering the elastic join condition and nonlinear characteristics of hard coating will be constructed. Based the the model, dynamic characteristics and vibration response under typical load conditions of blisk with hard coating will be studied further. Then, damping mechanism and vibration damping design method of blisk with hard coating can be presented, which can reveal the influence mechanism of damping parameters on vibration characteristics of blisk.The results of this project will provide theoretical guidance for the design and application of blisk in aero-engine, and help to improve the design level and running stability of aero-engine.

整体叶盘是航空发动机的一种新型结构部件，与传统榫连接轮盘相比，整体叶盘的盘体更薄，盘叶刚度相近，因此盘叶耦合振动问题更为突出。同时无榫结构设计减少了连接与接触摩擦界面，从而大大降低了整体叶盘的振动阻尼，因此当发动机处于恶劣的工作环境下，整体叶盘结构处于高振动水平，甚至发生共振，从而导致高周疲劳失效。因此需要针对整体叶盘的减振发展新的减振技术。本项目针对整体叶盘提出硬涂层阻尼减振技术，构建考虑弹性连接条件和硬涂层非线性特性的整体叶盘动力学模型，研究硬涂层整体叶盘的动力学特性和典型载荷条件下的振动响应；提出整体叶盘的硬涂层阻尼减振设计方法，探讨阻尼减振机理，揭示阻尼参数对整体叶盘振动特性的影响机制。本项目研究成果将为航空发动机整体叶盘的设计和使用提供理论指导，有助于提高我国航空发动机的设计水平及运行稳定性。

整体叶盘是航空发动机的新型结构件，由于缺少阻尼措施，整体叶盘的振动复杂及疲劳破坏问题极为突出，并且整体叶盘损伤修复难度较高。.本项目采用解析分析、数值计算与试验测试相结合的方法，重点研究了整体叶盘和硬涂层整体叶盘的动力学特性与振动行为，分析了硬涂层的阻尼减振机理，完成了面向整体叶盘减振的硬涂层参数与布局多目标动态优化设计和失谐整体叶盘的硬涂层主动失谐设计等内容。.项目考虑整体叶盘的结构特征与硬涂层阻尼的材料特性，基于改进的层合结构振动理论提出了涂覆硬涂层的整体叶盘动力学建模方法，获得了涂覆硬涂层的整体叶盘的固有频率、模态损耗因子以及频率响应，揭示了硬涂层材料参数和厚度对整体叶盘振动抑制的规律，以及整体叶盘的结构参数对硬涂层整体叶盘整体结构的综合阻尼特性的影响规律。基于Kriging模型和有限元模型，分别采用改进非支配排序遗传算法以及渐进优化算法，提出了以模态损耗因子最大和对原整体叶盘的固有频率影响以及增重最小为优化目标的硬涂层参数与布局的多目标动态优化设计方法。.以降低失谐整体叶盘的振动局部化程度、提高对出现随机失谐导致整体叶盘振动局部化和振幅放大等不利影响的鲁棒性为目的，在确定硬涂层阻尼对失谐整体叶盘模态局部化和强迫振动响应具有改善效果的基础上，创新性地提出了采用硬涂层对整体叶盘进行主动失谐设计的方法。.项目研究成果对掌握考虑结构特征的硬涂层整体叶盘动力学建模与耦合共振分析，为整体叶盘的硬涂层阻尼优化设计提供了重要的理论支撑，可以为提高先进航空发动机整体叶盘的动力学设计水平、提高其运行安全性提供参考和技术指导。