带复合材料箍环整体叶盘固有振动特性研究

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1、第.+卷增刊西南交通大学学报8;7).+-5OO7)!""!年%%月VWRG21XWF-WR/0YK-/VZ1W/W2JR2Z8KG-Z/[2;S)!""!文章编号："!*$#!+!（,!""!）-#""*$#",带复合材料箍环整体叶盘固有振动特性研究王卫国%，!，古远兴%，!，胡仁高%（%)中国燃气涡轮研究院，四川成都’%"*""；!)南京航空航天大学能源动力系，南京!%""%’）摘要：针对带碳纤维增强复合材料箍环整体叶盘新结构，基于循环对称模型，采用正交各向异性和各向同性三维元对其进行有限元振动性分析，完成了模型叶盘的模态分析试验。.种模型的数值分析结果与试验数据

2、吻合较好，从而验证了上述方法的有效性。同时，指出了带箍叶盘振动的一些特点。关键词：特性；模态分析；带箍环整体叶盘；碳纤维增强复合材料中图分类号：/0%%.)%文献标识码：1234563789:6349;<=>363?4@69A49?;B4>@C79ADE94>=FGHG9L@<4，=>@9<3；!)N@O4);BK<@6IP3

3、549?A，239<3）!"#$%&’$：/>@C79ADE94>?36:;;M;BA465?45637S9:6349;<9AO6@A@<4@M)C3A@M;@C79AD9AL;M@7@M:P5A9;46;O9?.#M9L@6@@<5L@69?37@U3LO7@A36@O6@A@<4@

4、M)/>@L;M374@A4AB;64>6@@L;M@7C79ADA36@O@6B;6L@M)/>@?;LO369A;<;B4>@<5L@69?376@A574AE94>4>@4@A4M343A>;EA?;L@4>;MA，3344>@3:;S@3<37PA9AL@4>;M9A@BB@?49S@)-;L@S9:6349;@C79ADE94>69363?4@69A49?A；L;M374@A4；:79ADE94>69

5、合材料箍环整体叶盘（简称带箍叶盘）是近年来在风扇转子设计中出现的一种新结构，其特点是在整体叶盘叶尖位置有金属外环，在外环上带有一个纤维增强复合材料箍环。优点是可减轻转子重量和叶片变形量，防止叶片颤振，提高风扇效率。在国内，中国燃气涡轮研究院设计的某高性能风扇试验件转子已采用了带复合材料箍环的掠型叶片整体叶盘结构。我国与印度开展的合作项目中，也设计有一带复合材料箍环的单级风扇试验件［%］。因此，开展带箍叶盘固有振动特性分析方法研究工作十分必要。.带箍叶盘有限元振动分析./.带箍叶盘循环对称模型带箍叶盘有限元振动分析归结为计算大型矩阵的特征值问题。对于整个叶盘直接求解将导

6、致自由度数目庞大，给计算带来一系列困难，应该根据其循环对称性采用循环对称有限元模型［!］。如果忽略阻尼，带箍叶盘在平衡位置附近的线性振动方程为!!"2#!$2%!3"（%）收稿日期：!""!#"$#%"作者简介：王卫国（%&’’(），男，高级工程师，博士研究生)万方数据西南交通大学学报第%8卷式中：!为带箍叶盘质量矩阵；"为陀螺矩阵；#为刚度矩阵；!为位移向量。若转速"!"，则方程（#）变为!!$!#!""（$）其中!和#为块循环阵，对方程（$）做变换得##%$#!$#%#""（%）这里#!"，#，$，⋯，$%$，##和$#为&阶&’()*+’矩阵，$为叶片数，&是基

7、本扇块的节点自由度数。令%#!*!!’，将其代入式（%）得%#’$#(!#%##""（,）这里%#为酉空间中的正交归一特征向量。方程（,）为复特征方程，分离出实、虚部，得&&$#(!#%##""（-）式中#!#，$，⋯，$)，当$为偶数时，$)!$%$.#，当$为奇数时，$)!（$.#）%$。#&#和$&#为$&阶对称矩阵，式（-）为$&阶实对称矩阵的特征值问题，当#!"，$%$（$为偶数）时，#&#和$&#退化为&阶实对称矩阵。式（,）为&阶实对称矩阵的特征值问题。至此，就可利用通用的实对称矩阵特征值求解方法完成带箍叶盘非旋转状态振动特性分析。若转