某航空发动机涡轮叶片的振动特性试验及分析

忆韦素园君某航空发动机涡轮叶片的振动特性试验及分析

摘要.............................................................. I Abstract ............................................................. II

1 绪论 (1)

1.1 论文研究目的和意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.2.1 新一代航空发动机的要求 (2)

1.2.2 叶片振动特性测试技术研究现状 (3)

1.2.3 叶片振动特性分析现状 (5)

1.3 本课题主要研究内容 (6)

2 叶片振动特性分析 (7)

2.1 航空发动机叶片的结构及工作原理 (7)

2.1.1 叶片的结构 (7)

2.1.2 叶片的工作原理 (8)

2.2 航空发动机叶片的常见故障原因及振动分析 (9)

2.2.1 叶片常见故障分析 (9)

2.2.2 叶片振动的基本形式 (9)

天门实验初级中学2.2.3 叶片振动特性的主要参数 (10)

2.3 叶片的共振特性分析 (13)

2.4 本章小结 (13)

3 基于振动台共振法的叶片振动特性试验分析 (14)

3.1 试验方法简介 (14)

3.2 振动测试系统 (15)

3.2.1 静频与振型测试系统 (15)

3.2.2 应力测试系统 (18)

3.3 试验数据及结果分析 (22)

3.3.1 叶片夹具装夹夹持状态测试 (22)

3.3.2 固有频率及振型测试 (24)

3.3.3 叶片相对振动应力分布测试 (25)

3.3.4 干扰问题及解决对策 (27)

3.4 本章小结 (28)运动能力开发

4 基于锤击法的叶片模态分析试验 (29)

4.1 模态分析试验目的及基本原理 (29)

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万方数据

大连理工大学专业学位硕士学位论文

4.1.1 模态分析基本原理 (29)

4.1.2 频向函数的幅频特性与相频特性 (30)

4.1.3 频向函数的实频特性与虚频特性 (32)

4.1.4 频向函数的矢端特性 (34)

4.2 模态测试系统 (35)

4.2.1 硬件系统 (35)

4.2.2 软件系统 (36)

4.3 试验过程及结果分析 (36)

4.3.1 振动模态试验 (36)

4.3.2 模态参数识别 (38)

4.3.3 试验结果 (41)

4.4 本章小结 (42)

5 基于ANSYS的叶片振动特性分析 (43)

标准化建设5.1 基于ANSYS的叶片有限元分析 (43)

5.1.1 有限元方法的基本思想及分析步骤 (43)

5.1.2 叶片实体建模 (44)

5.1.3 叶片有限元模型建立 (45)

5.1.4 边界条件 (48)

5.2 叶片的有限元分析结果 (50)

5.2.1 叶片固有频率 (50)

5.2.2 叶片模态分析 (50)

5.2.3 有限元结果验证 (53)

5.3 叶片的共振分析 (54)

5.3.1 发动机工况 (54)

5.3.2 叶片动态模态分析 (54)

5.3.3 叶片共振裕度校核 (56)

5.4 本章小结 (56)

结论 (58)

参考文献 (59)

致谢 (61)

大连理工大学学位论文版权使用授权书 (62)

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万方数据

大连理工大学专业学位硕士学位论文

1 绪论

1.1 论文研究目的和意义

工程保函担保

航空工业水平不仅代表了一个国家的工业水平和科技水平，更集中体现了一个国家的国防实力和综合国力。随着近年来科技的发展，我国航空工业也取得了长足的进步，但是与欧美等发达国家相比尚存在一定的差距，尤其是在航空工业的核心即航空发动机的设计和研制方面。因此，加强对航空发动机的设计和研制方面的探索，对于解决飞行安全问题具有紧迫的实际意义，对于促进并融合基础学科和工程技术也具有重要的理论意义[1]。

saxs

叶片是航空发动机上的重要零部件之一，其工作环境十分恶劣，在工作时除了承受离心力载荷，还不断的受到气流激振力交变载荷、高温和大气温差载荷，但影响叶片使用寿命的最重要因素是振动与疲劳。这些载荷对旋转的叶片产生较为复杂的周期性变化的力，当激振力的频率等于叶片的自振频率或为其整数倍时，叶片发生共振，会使叶片疲劳断裂，很容易产生故障。据统计，航空发动机振动故障占发动机总故障的60%以上，而叶片振动故障又占总振动故障的70％以上，可见叶片振动引起的故障问题十分严重

[2]。我国在役的航空发动机几乎无一幸免，都发生过叶片断裂的故障[3]。因此，研究叶

片的振动特性是一项重要工作。

叶片的振动特性试验主要包括三方面的内容，即静频测试、振型测试和应力分布测试。静频测试是叶片在非旋转状态下的固有频率测试。航空发动机叶片在装配过程中对频率的要求非常高，为避免叶片在运行过程中受到其它激振源的影响而发生共振，规定叶片必须在一个安全的频率范围内装配，筛选出频率超差的叶片，避免超差叶片给发动机带来危害，保证发动机运行安全。静频测试试验目的一是能检验叶片的固有频率值，二是为叶片动测试验、疲劳试验和叶片理论的计算提供依据，三是为采取排故措施（如调频、控制叶片频

率分散度、不等频设计等）或为安全监视提供依据。振型测试是在共振状态下测试叶片的振动形态，通常测试一阶弯曲、一阶扭转、二阶弯曲、二阶扭转等，用来检验叶片的型面加工的合格性，以保证批产叶片不产生危险的共振和颤振。应力分布试验是通过电测法测试叶片的进气边、排气边、叶背的应力分布情况。振动应力（相对值）测试试验目的一是绘制叶片振动应力分布曲线，判断叶片的最大应力点位置，为台架试车时进行叶片动应力测试提供依据，二是为研究叶片疲劳，查清故障做准备，三是评价阻尼衰减措施对叶片的减振效果。

目前，分别通过振动台共振试验、振动模态分析试验或ANSYS有限元计算，均可进行叶片的振动特性分析，但是这三种方法均有各自的优缺点，单凭一种方法的结果无法保证试验数据的准确性。对于电磁振动台共振试验，通过共振法确定叶片的振动特性

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