行波激励作用下涂层整体叶盘振动特性测试与分析

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整体叶盘的叶片与轮盘在通过发动机流场的气流扰动时会承受行波激励,即叶片旋转通过具有相等间隔的压力扰动时所受到的激励。在整体叶盘研发过程中,获得其行波激励作用下的振动特性参数至关重要,目前已有大量相关理论分析和仿真研究成果。然而,由于对处于旋转状态叶盘进行测试的设备流程较为复杂,关于叶盘在行波激励作用下振动参数测试的研究相对较少。本文主要通过实验测试对涂层整体叶盘振动特性进行研究,对叶盘的节径振动参数和阻尼参数进行辨识。本文主要的研究内容及结论包括:(1)开发一套能够对整体叶盘各叶片顺序施加等相位差正弦激励以模拟其旋转状态所受行波激励的测试仿真平台,并给出整体叶盘振动特性测试的实验方法与流程。为了标定激振力的大小,提出一种基于实测悬臂梁响应以及采用优化技术来标定非接触磁场激振器激振力的方法。利用所开发行波激励测试仿真平台对整体叶盘模拟件进行实例研究,所测结果证明了所开发行波激励测试仿真平台的有效性和合理性。(2)基于有限元软件ANSYS创建涂层整体叶盘有限元模型,详细地给出建模、模态分析和谐响应分析的方法,并分析了涂层前后整体叶盘振动特性的变化。所得结果表明:涂层处理后整体叶盘的固有频率减小,行波激励作用下的振动响应下降,验证了粘弹性阻尼涂层的减振效果;涂层处理前后整体叶盘的固有频率具有密频特性,模态振型成族分布且存在节径和节圆现象。以上结果可为后续涂层叶盘振动参数测试提供参考。(3)在确定整体叶盘节径振动参数的基础上,提出一种基于共振响应测试的整体叶盘节径振动辨识方法。以涂层整体叶盘为研究实例进行节径振动测试,并对比涂层处理前后的共振频率、共振响应、节径振动形状以及节径振动参数的变化。所得结果表明:涂层处理之后整体叶盘的共振频率和共振响应降低,验证了阻尼涂层的减振效果;涂层整体叶盘的节径形状基本不变,但节径振动速度变慢,节径变换周期延长,节径旋转方向不变。(4)针对传统频域阻尼测试方法的弊端,利用所研发的整体叶盘节径振动测试平台搭建了模态阻尼比测试系统,研究并改进了基于时域自由振动衰减信号辨识涂层整体叶盘模态阻尼比的方法。以涂层整体叶盘为研究实例,应用所研究方法进行模态阻尼比测试,所得结果表明所研究方法可准确地获取叶盘结构的模态阻尼比,具有较高的可重复性。然后,对比了整体叶盘涂层前后的模态阻尼比测试结果,发现涂层的引入会增大结构的模态阻尼比,验证了阻尼涂层的减振效果。最后,讨论了传感器类型以及非接触磁场激振器激振力幅对叶盘结构模态阻尼比测试结果的影响。本文的研究可为涂层整体叶盘有限元建模、振动特性测试与分析以及减振措施提供重要的参考和技术支持。
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