多场耦合下自带冠叶片接触碰撞非线性特性研究

针对自带冠叶片发生接触碰撞时干摩擦和碰撞振动耦合作用到叶片上的实际情况，研究发生接触碰撞的叶片在弹性力、惯性力和气动力共同作用下的非线性动态响应。将叶片模化为弹性梁模型，采用弹性体碰撞理论，建立叶片在干摩擦和碰撞振动耦合作用下的分段线性模型。采用模态截断方法对叶片系统模型进行降维处理，突破现有非线性动力学理论在求解高维系统上的困难。在降维的基础上，寻求叶片模型的封闭解，并利用非线性动力学理论分析非光滑系统的动态响应、稳定性、分岔和混沌，揭示非光滑系统中丰富的非线性动力学现象。所得结论对揭示自带冠叶片的减振机理有重要的理论意义，为优化该类叶片的结构设计，提高叶片使用寿命提供参考依据。

自带冠叶片由于其良好的减振效果受到广泛关注。自带冠叶片的接触振动过程非常复杂, 通常包括分离—接触—黏滞—滑移等过程, 表现出典型的非线性特征。我们针对发生接触碰撞的自带冠叶片的非线性动力学特性进行了研究，揭示自带冠叶片的减振机理。我们分别用Hertz接触力模型和接触动刚度模型来描述自带冠叶片的冠间接触问题，并分别用这两个模型建立了接触状态下自带冠叶片的动力学模型，并在建模时考虑了弹性力、惯性力和气动力等因素的影响；然后用Galerkin方法对叶片模型进行了降维处理。通过分析叶片系统的共振响应、次谐波响应和超谐波响应，研究了叶片碰撞振动的机理，并考查了旋转速度、叶冠间隙、外激励值、叶宽、叶厚和叶长等参数对叶片系统非线性动力学特性的影响。对成组叶片建立了动力学模型并分析了叶片的非线性振动特性。并用有限元软件ANSYS对成组叶片和整圈叶片的模态和谐响应进行了研究。