强声波激励下转子叶片的振动分析

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1、强声波激励下转子叶片的振动分析何建军HEJian-jun曰陈享姿CHENXiang-zi(长沙理工大学汽车与机械工程学院，长沙410004)(SchoolofAutomobileandMechanicalEngineering，ChangshaUniversityofScienceandTechnology，Changsha410004，China)摘要:声场分析是一类比较复杂的场分析问题。木文基于有限元法，建立了高强声波辐射场中某型转子叶片振动分析的有限元模型，并分別采用球面声波辐射，柱面声波辐射，平面声波辐射和均布声压等作用形式比较了叶片上振动的应力和声压分布。计算了3种叶片

2、，数值计算的结果都与实验结果比较一致，定量揭示了高强声波对转子叶片的影响程度。Abstract:Acousticanalysisisanimportanttypeoffieldanalysisproblem.Basedonthefiniteelementmethod(FEA),thefiniteelementmodelofacertainrotorbladeinradiationfieldexcitedbyhighstrengthacousticwavewasbuiltinthispaper.Andthen,thestressandsoundpressuredistributio

3、ninthefourdifferenttypesofradiationfieldswerecomputedandcomparedtoeachother.Theresultsofnumericalsimulationareconsistentwiththeresultsofexperimentaltestsforthreetypesofrotorblades,whichrevealtheinfluencedegreeofrotorbladeexcitedbyhighstrengthacousticwave.关键词院高强声波；转子叶片；声波辐射；应力和声压分布Keywords:hig

4、hstrengthacousticwave；rotorblade；acousticradiation；stressandsoundpressuredistribution中图分类号院0422.7文献标识码院A文章编号院1006-4311(2014)29-0014-02引言声波激振是自然界一种普遍存在而且为大家所熟知的现象，在工程实际中也广泛存在。因声共振引起的结构破坏，失效或者故障也屡有发生。声波与人们的生活密切相关，因此对声波的认识也是物理学研究的一个重要领域。但之前大家一直未注意到声波激振尤其是高强声波激振可能是造成结构破坏的一个原因，人们往往关心的是声波对人的影响以及声波的

5、应用，另外一个方面高强声波的发生存在于比较特殊的场合和情形［1】。人们关注声疲劳问题开始于20世纪50年代发生的由于高强度喷气噪声造成的飞机结构破坏［2】。尽管声疲劳破坏现象首先发生于飞机构件上，早期声疲劳问题的研宄也主要围绕于此，但随着科学技术水平的不断发展，奋关航空发动机构件声疲劳问题的研究也越来越受到广大学者和科研人员的广泛关注。航空发动机是一个非常强大且复杂的噪声源，处于这种宽频带高能级声激励环境中的构件极易发生高周疲劳［3】。航空发动机中的声疲劳问题本质上是随机振动载荷导致结构高周疲劳失效的典型代表。国外对卢波激振的研究工作开展得比较早，取得了大量的成果，但公开的资料很

6、少。国内也有许多学者开展了这方面的工作。最近，林左鸣，李克安等学者对声激振对发动机转子叶片振动的影响机理和破坏贡献做了有益的理论探索，并i做了人量的实验，揭示了高强卢波对转子叶片疲劳破坏存在一定的作用［4】。但是定量分析高强声波对转子叶片的作用大小以及数值仿真计算这方面的工作还比较少，这也是本文研究的出发点。本文采用有限元法，对高强声波辐射场中转子叶片的振动分析问题进行了火量的数值计算，得到了与实验结果一致的结论，验证了数值计算的有效性。1悬臂板的动力学方程为了研究高强声波激励和机械激励下发动机转子叶片的振动特性和振动规律，需要建立叶片的振动方程。但发动机转子叶片曲面复杂，描述闲

7、难，因此一般难以给出发动机转子叶片的动力学解析方程。0前，转子叶片的分析计算常采用薄板近似模型进行，相关理论可参见曹志远等著的《板壳振动理论》一书等［5】。分别采用悬臂板模型和有限元方法（视为准确值）计算得到的3种叶片的基频如下:其中叶片A和B是某型发动机叶片。声波载荷的形式：作用在叶片上的实际声波疲当为随机载荷，但为降低建模和计算的难度，在现有的文献和数值计算中，一般将声波处理为简谐声波,因此在本研宄中也将作用在叶片或者板上的声波视为简谐载荷。即q=qO(x,y)sinpt(1