基于耦合场压电分析的失谐叶盘振动仿真模拟

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1、第4l卷第5期2011年9月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．4lNo．5Sep．20111r基于耦合场压电分析的失谐叶盘振动仿真模拟张钊，贺尔铭，赵志彬，宋波涛(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：针对典型失谐叶盘结构振动响应局部化实验需求，通过有限元仿真验证实验的最坏叶片失谐模式．基于ANSYS软件的直接耦合场压电分析功能，对粘贴在叶片根部的各压电陶瓷片施加行波谐激励电压，模拟了失谐叶盘的振动响应局部化特性二数值仿真结果与实验结果得到了良好的验证，为进行失

2、谐叶盘振动局部化实验研究提供了有效的支撑。关键词：失谐叶盘；振动局部化；有限元方法：实验模松中图分类号：0242．21文献标识码：A文章编号：1671—654X(2011)05—0030．04ExperimentNumericalSimulationofr恤tltmngBladeddiskBasedonPiezaelectlridtyCouplingFieldZHANGZhao，HEEr—ming，ZHAOZhi·bin，SONGBo-tao(SchoolofAeronautics，NoahweastPolytechn

3、icalUniveni@，Xi’aU710068，China)Abstract：Inordcrtovalidatetheworst．casemistuningpatternofthemistunedbladeddisk．whichiSnee—dedinthevibrationresponselocalizationexperiment，thedirectcouplingfieldpiezoelectricanalysis’func-lionoftheANSYSisused，byapplingtravelingwaveh

4、armonicexcitationineverypiezoelectricityceramicpiecegluedatthefootoftheblade，andtheresponseanalysisoftheblade-and—diskisobtained．Finally，thesimulationresultsandexperimentalresultsgetagoodvalidation，whichprovidesasolidsupportforthevibrationresponselocalizationexp

5、erimentofthemistunedbladeddisk．Keywords：mistuningbladeddisk；vibrationlocalization；FEM；experimentsimulation引言航空发动机叶盘结构具有周期对称性，但是叶盘结构振动响应对叶片物理参数的微量改变非常敏感，因而源于制造误差及使用磨损等因素造成的所谓叶片“失谐”会显著增大叶片的振动响应幅值，而较高的振动响应会大大降低叶片的疲劳寿命，导致叶片高周疲劳失效⋯，所以研究失谐振幅放大的基本机制，预测并控制失谐叶盘结构最大的振动响应幅

6、值，对于抑制叶盘结构失谐的消极影响及设计具有失谐鲁棒性能的叶盘结构具有重要意义。迄今为止。国内外学者采用各种模型和方法对确定和随机失谐的叶盘振动问题进行了研究”“’，但是由于试件结构的复杂性、实验系统环境和仿真功能的局限性等因素的限制，失谐叶盘结构的响应局部化实验有待深入开展。由于叶片失谐具有随机分布特征，因此分析失谐叶盘结构的振动响应需要消耗巨大的计算资源。为了达到实验与理论结果具有定量可比性的目的，本文基于统计分析得到的最坏失谐方案，对具有12个叶片的平板叶盘结构模型进行有限元仿真，以验证叶盘结构振动局部化实验所需

7、的失谐方案，为之后基于行波激励叶盘结构的实验系统，测量失谐叶盘结构的振动响应，分析失谐叶盘结构振动响应局部化及其特性提供技术支撑⋯。本文采用行波激励方式模拟叶盘系统的转动，根据压电材料的逆压电效应，通过对粘贴在各个叶片根部的压电陶瓷片施加行波激励电压实现叶片的受迫振动；同时在叶盘模型各叶片尖端处构造等尺寸质量块，通过改变各个质量块的密度以模拟叶盘结构失谐。1失谐叶盘振动局部化问题描述1．1失谐叶盘的振动方程发动机的叶盘系统对失谐非常敏感，它使叶盘系统的振动能量集中到少数几个叶片上，即所谓的振动收稿日期：2011—07—

8、04修订日期：201I一07—28基盒项目：国家自然科学基金项目资助(50775181)；西北工业大学基础研究基金项目资助(Jc20110237)作者筒介：张钊(1989一)，男，河南平顶山人．硕士研究生．主要研究方向为航空结构强度与振动，2011年9月张钊等：基于耦合场压电分析的失谐叶盘振动仿真模拟局部化现象；使叶片的振动幅值显