共振态下阻尼硬涂层对叶片疲劳裂纹扩展延缓效应的研究

本文提出采用大气等离子喷涂NiCrAlY阻尼硬涂层的方法来抑制叶片的裂纹扩展。首先,分别对无涂层和带涂层叶片试验件开展共振疲劳测试。结果表明,阻尼硬涂层具有一定的裂纹修复和扩展延缓能力。然后,建立了含裂纹叶片试验件的有限元模型,并通过对比叶片试验件固有频率随裂纹扩展的变化验证了该有限元模型的有效性。进一步引入裂纹扩展模型并获得了无涂层和带涂层叶片试验件在不同裂纹扩展阶段的裂纹尖端应力强度因子,揭示了阻尼硬涂层延缓裂纹扩展的机理。最后,给出了不同条件下叶片试验件的裂纹扩展曲线,并讨论了涂层参数厚度、涂层弹性模量和涂层密度对裂纹扩展速率的影响,还分析了涂层施加阶段对裂纹扩展的影响。进一步讨论了裂纹深度和裂纹角度对裂纹扩展的影响,这有助于优化涂层布局。实验和数值分析结果表明,阻尼硬涂层可以有效地延缓叶片裂纹扩展,是一种实用的延缓裂纹扩展技术。

光学瞄具硬涂层阻尼减振的动力学仿真分析

振动环境下光学瞄具的成像精度和可靠性会受到严重的影响,为提高光学瞄具的可靠性,修正成像精度,提出了一种硬涂层阻尼减振技术。将硬涂层NiCoCrAlY+YSZ单侧涂敷于镜筒上,涂敷厚度为200 mm,振动工况模拟为光学瞄具固定在直升机舱门处的枪械上。基于有限元分析方法对涂敷硬涂层前后的结构进行模态分析和随机振动分析,对比研究发现,涂敷硬涂层阻尼后光学瞄具的一阶频率由未涂敷前的58.3 Hz提高到92.2 Hz;涂敷硬涂层阻尼后随机振动得到的3σ区间的应力值降低了25.6%;X、Y、Z三个方向的位移响应峰值相较于涂敷前分别降低了74.7%、75.3%、78.7%,达到了减振的目的。

高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳的行波共振特性研究

基于Viogt-Reuss原理和传递矩阵法研究了高转速硬涂层阻尼薄壁圆柱壳构件的行波共振特性。根据复合结构的Viogt-Reuss等效原理,考虑科氏力的影响,基于Love薄壳理论建立了旋转态硬涂层薄壁圆柱壳的振动微分方程;引入传递矩阵法,根据壳体子段间的状态向量关系式推导得到了构件的整体传递矩阵;在固支-自由、简支-简支和固支-固支边界条件下,求解得到了构件的行波共振特性。结果表明:通过与文献中的数据进行比较验证了该分析方法的合理性,静止薄壁圆柱壳的第1阶模态振型不受硬涂层材料的影响,但是频率值发生了偏移,随着阶次的增加前六阶振动模态的顺序发生了变化;硬涂层材料对薄壁圆柱壳的模态振型无影响,但是NiCrAlY硬涂层比NiCrAlCoY+YSZ硬涂层薄壁圆柱壳对应的各阶静频值偏高。转速对硬涂层薄壁圆柱壳前六阶行波频率的影响较大,在工作转速和一倍频激振力作用下,共振裕度小于10%的共振临界转速点随着边界条件和硬涂层发生变化,共振模态随着共振点变化容易引起对应阶次的模态振动,硬涂层结构改变了薄壁圆柱壳的行波共振特性。

共振态下叶片试验件的疲劳试验研究及硬涂层阻尼的影响

高周疲劳导致的失效在过去几十年内对航空工程领域造成了巨大损失。本文给出了压气机叶片试验件在共振态下的疲劳试验结果,以及阻尼硬涂层对延缓振动疲劳的影响。以共振频率的变化为指标观测了一阶弯曲共振下的叶片试验件裂纹萌生和扩展过程;在出现疲劳裂纹叶片的振动时域图和频谱图中观察到了明显的非线性特征。利用超声相控阵技术辨识了疲劳裂纹的位置和尺寸,进而使用非线性接触的方法建立了考虑呼吸效应的裂纹叶片有限元模型,得到的裂纹叶片振动特性仿真结果与试验结果一致。在相同的试验条件下,通过在叶片试验件表面喷涂NiCrAlY涂层,研究发现试验件的阻尼性能明显提高、振动疲劳寿命延长。本文的研究结果有助于更好地理解压气机叶片的振动疲劳特性,为阻尼硬涂层在压气机叶片上的应用提供参考。

大小叶盘-硬涂层阻尼结构的解析建模和振动分析

对叶片涂敷Ni Co Cr Al Y+YSZ硬涂层,研究具有硬涂层的大小叶盘的动力学模型和振动特性,主要研究硬涂层对大小叶盘的阻尼减振性能的影响.首先,利用复模量理论和Oberst梁理论,建立了涂层大小叶盘结构的解析模型;然后,基于Gram-Schmidt法和Rayleigh-Ritz法,求解涂层大小叶盘结构的模态特性和受迫响应.结果表明:硬涂层阻尼对大小叶盘固有频率的影响很小,但能使模态损耗因子提高4倍,说明硬涂层可以有效提高大小叶盘的阻尼性能;此外,涂敷硬涂层可以有效抑制其受迫响应.

硬涂层阻尼结构的随机振动疲劳寿命分析

为了研究硬涂层阻尼结构的疲劳寿命合理的分析方法和对结构寿命影响的基本规律,利用有限元模拟技术进行带硬涂层阻尼的悬臂薄壁梁结构的随机振动疲劳寿命计算。以一个悬臂薄壁梁为对象,首先,对该结构涂敷硬涂层前后的模态和谐响应进行计算,获得模态频率和危险部位应力响应函数;其次,采用随机振动疲劳寿命频域分析法对涂层前后悬臂梁进行有限元仿真计算,获得相应的寿命和损伤云图;最后,在电磁振动台上进行随机振动基础激励的编谱加载,获得涂层前后悬臂梁的振动疲劳寿命和损伤行为。结果表明,硬涂层能够延长悬臂梁振动疲劳寿命,可以减缓疲劳裂纹扩展速率。通过对比模拟和试验结果的误差分析,证明振动疲劳寿命模拟方法的合理性。