叶片失谐对叶盘结构振动特性的影响

叶片失谐在实际叶盘结构中是不可避免的,并严重影响叶盘的振动特性。文章将失谐叶盘的模态及受迫振动响应投影到谐调叶盘模态空间,并提出一种节径谱的研究方法,通过关于不同节径的谐调模态的组合来描述失谐叶盘模态和受迫响应。基于叶盘集中参数模型,分析了叶片刚度失谐对叶盘频率转向区内外的模态振型及受迫响应等特性的影响规律。研究表明,节径谱的研究方法能够较为准确地捕捉失谐对叶盘结构振动特性的影响作用,对建立失谐与谐调叶盘结构振动特性之间的内在联系具有重要意义。

基于模态测试及有限元法的叶片失谐参数识别

针对现有叶片失谐参数选择及识别方法存在的不足,提出一种基于模态测试与有限元法相结合的叶片失谐参数识别方法。以某压气机一级叶片为研究对象,通过模态测试获得叶片一阶弯曲固有频率。对叶片弹性模量引入扰动参数,采用弹性模量改变模拟叶片失谐。基于有限元法识别出与叶片模态测试一阶弯曲固有频率对应的失谐扰动参数与失谐弹性模量,采用拟合计算获得各叶片失谐参数。结果表明:叶片失谐弹性模量与一阶弯曲无量纲固有频率测试值之间为近似线性关系;该方法识别速度较快且准确度高,可广泛应用于航空发动机、燃气轮机、汽轮机叶片的失谐参数识别。

失谐涡轮叶片模态特性分析

针对涡轮增压器的涡轮叶片由于失谐产生的振动问题,建立涡轮叶片子结构模型并进行模态分析,绘制Campbell图,并对不同标准差失谐叶片进行固有频率和振型测量。结果表明,当叶片发生失谐时,周期性被破坏,一个或几个叶片振动异常,表现出振动局部化现象。因此,在设计时应避免应力集中导致涡轮叶片损坏,防止涡轮增压器发生故障。叶片随机失谐及叶盘结构共振特性之间的关系是研究叶片振动特性的关键,而研究这一环节可以保证运行稳定以及提升性能,对叶片失谐研究具有重要意义。

基于蚁群算法的航空发动机失谐叶片减振排布优化分析

在实际航空发动机叶盘结构中叶片失谐是不可避免的,并严重影响叶盘系统的振动特性和整个航空发动机的工作性能及使用寿命。通过分析得到对于一组既定的失谐叶片,其在轮盘上的安装排布顺序能很大程度上影响叶盘系统的振动情况,在此基础上,提出了一种新的振动局部化参数来表征失谐系统振动局部化程度大小,同时提出采用人工蚁群算法对叶片安装排序进行优化。研究表明:选择适当的叶片排布顺序可以有效降低叶盘系统受迫振动幅值、减轻系统振动局部化程度,同时也证明本文所采用的方法可行、有效。研究结果对降低叶盘系统振动幅度、减轻系统振动局部化具有重要意义。

失谐叶片-轮盘结构系统振动局部化问题的研究进展

对近２０年来国内外关于失谐叶片－轮盘结构系统振动局部化问题研究的进展进行了较为详细的评述和讨论，文中首先说明了振动局部化问题的基本概念，然后对失谐叶片－轮盘结构系统模态局部化和动态响应局部化在分析模型、求解方法及其基本性质和规律等方面的研究进展进行了较为全面的评述，最后提出了今后应深入研究的问题．

失谐叶片-轮盘结构振动模态局部化问题的研究

该文对失谐叶片-轮盘结构系统的振动模态局部化问题进行了分析研究。将叶片模拟为固定在轮盘上的悬臂梁结构,采用Hamilton变分原理和Galerkin方法,导出了结构系统的运动方程表达式。将运动方程化为状态方程,求解本征值问题获得结构系统的特征向量解。作为算例,计算了一个具有16个叶片的叶片-轮盘结构系统的模态振型,得到了失谐结构的局部化的振动模态,同时分析了叶片的失谐量、轮盘的转速以及围带的位置半径对叶片振动 模态局部化的影响。失谐叶片-轮盘结构中存在振动模态的局部化现象,无量纲转速对振动模态局部化有很大影响,局部化程度随着叶片失谐量的增加而增强。

航空发动机转子失谐叶片减振安装优化分析

安装航空发动机转子叶片时,由于制造误差使各叶片间存在失谐,不同的叶片安装方案影响叶片轮盘系统强迫振动响应的大小。通过叶片模态试验获得叶片失谐频差,进而获得叶片失谐参数,建立了失谐叶轮盘系统单个扇区两自由度集中参数动力学模型。基于遗传算法的全局优化和快速收敛性,利用改进的嵌套遗传算法给出某型航空发动机某级叶片轮盘系统叶片的最佳安装方案,按该方案安装叶片,可使发动机叶片轮盘系统强迫振动响应的最大幅值达到最小或处于较小的范围内。

基于改进DPSO算法的航空发动机失谐叶片排序

通过叶片模态实验获得叶片失谐参数,建立了叶盘系统动力学模型,提出了一种新的排序方式.在标准粒子群算法中引入遗传算法的交叉算子和变异算子以及遗传选择的思想,利用罚函数法兼顾错频与减振的应用需求,保留了粒子群算法收敛较快的优秀特性,改善了粒子群的全局寻优能力,并得到比其他优化算法精度更高的排序结果.结果表明,恰当的叶片排布顺序可有效降低叶盘系统振动局部化,采用提出的离散遗传粒子群算法进行叶片排布可使叶盘系统振动幅度较小或者在可接受范围内.

失谐叶片-轮盘结构振动局部化的分析模型

叶片-轮盘结构失谐导致结构振动局部化和周期性丧失,使结构分析和研究过程对结构振动的分析模型提出了特殊的要求。对失谐叶片-轮盘结构分析模型的类型和特点进行了详细讨论。主要包括经典的分析模型,如集中参数模型、分布参数模型和有限元模型;传递函数模型,如直接传递函数模型和减缩传递函数模型;模态参数模型,如选择模态基模型、约束界面模态基模型和复合约束模态基模型等。最后提出了今后应深入研究的问题。

基于改进DPSO算法的航空发动机失谐叶片排序

通过叶片模态实验获得叶片失谐参数建立了动力学模型。在标准粒子群算法中引入遗传算法的交叉算子和变异算子以及遗传选择,保留了粒子群算法收敛较快的特性,增加种群的多样性,改善了粒子群的全局寻优能力,并得到比其他优化算法精度更高的排序结果。研究表明,选择适当的叶片排布顺序可以有效降低叶盘系统受迫振动幅值、减轻系统振动局部化程度,采用提出的离散粒子群算法(discrete particle swarm optimization,简称DPSO)进行叶片排布可以使叶盘系统振动幅度较小或者在可接受范围内。

透平机械整圈自由叶片的随机失谐振动特性研究

首先建立了失谐叶片-轮盘的数学模型,以模态综合法为基础给出了失谐叶片-轮盘的模态问题计算方法;并利用某压气机叶片-轮盘对该方法进行了验证。与ANSYS软件对比,前300阶固有频率最大偏差为0.62%,在计算区间的位移响应最大偏差为3.45%。然后研究了标准差为0.01的随机失谐现象,最大位移幅值响应曲线的带宽从谐调时的2Hz左右扩展为10Hz左右,振动出现了明显的局部化现象,表明失谐容易使叶片过早出现高周疲劳,严重影响了叶片的安全性。本研究获得的随机失谐自由叶片振动特性分析结论,可以为整圈叶片在实际气流激振力作用下的振动安全性考核提供参考。

叶片质量失谐下整体叶盘的振动响应特性研究

叶片—轮盘结构(整体叶盘结构)是叶轮机械中的关键结构,在整体叶盘中,由于叶片质量的分布不均,会产生叶片质量失谐、振动局部化等问题,为此,对失谐整体叶盘的振动响应特性规律进行了研究。首先,采用集中质量分析法,建立了整体叶盘物理模型,推导了含有单个叶片质量失谐的响应方程,绘制出了不同叶盘参数下的幅频特性曲线;然后,采用有限元分析法,建立了不同叶片厚度的整体叶盘三维有限元模型,应用ANSYS对其振动响应特性进行了分析,并绘制出了叶片质量失谐的整体叶盘幅频特性图;最后,对两种不同分析方法所得到的失谐整体叶盘幅频特性曲线进行了比较,总结出了各项参数对系统振动特性的影响规律。研究结果表明:单个叶片质量失谐会使系统响应峰值由2.7 mm激增至3.5 mm,并出现多余的波峰;低耦合R=0.1条件下,系统激振频率变化范围更广,大约在550 Hz~650 Hz;通过揭示失谐整体叶盘振动响应规律,可更好地指导叶轮机械的设计及其优化。

整体叶盘解谐振动测试、失谐辨识与模型确认

开展了基于叶片解谐振动测试的整体叶盘失谐辨识和模型确认研究。对整体叶盘开展叶片解谐振动测试,提出一种解谐质量布置方案准则,获取整体叶盘所有“单个”叶片振动频率的差异化分布;引入一种失谐辨识方法,消除由于叶片解谐质量所带来的残余叶间振动耦合效应的影响,获取更为准确的叶片失谐分布辨识结果;重点探究不同解谐质量及位置对整体叶盘叶片解谐振动测试和失谐辨识结果的影响,并建立失谐整体叶盘有限元模型;开展基于常规模态测试的失谐整体叶盘模型确认研究,整体叶盘固有频率和振型的仿真/测试结果一致性良好,大多数模态的频差低于0.3%。结果表明该失谐辨识方法能够提高通过叶片解谐振动测试直接获取的叶片失谐分布的准确性,在此基础上建立的失谐整体叶盘有限元模型能够有效反映实际整体叶盘结构的固有振动特性。

基于主成分分析法的失谐叶片加工误差源识别

加工中的随机误差会使设计完全相同的叶轮扇区产生随机的偏差,这种偏差称作失谐。失谐会导致加工叶轮动力性能产生较大变化,因此需要通过控制加工误差从而减小叶轮的失谐。通过主成分分析方法,研究失谐叶片失谐和机床误差的关联。根据不同机床误差的主成分特征,分析叶片失谐的来源。提出的方法和得到的结果能够有效提高加工精度,给机床维护提供一定的指导。