强声波激励下转子叶片的振动分析-论文.pdf

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1、·14·价值工程强声波激励下转子叶片的振动分析VibrationAnalysisofRotorBladeExcitedbyHighStrengthAcousticWave何建军HEJian-jun；陈享姿CHENXiang-zi(长沙理T大学汽车与机械T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。本文基于有限元法，建立了高强声波辐射场中

2、某型转子叶片振动分析的有限元模型，并分别采用球面声波辐射，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，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)．thefiniteelementmodelofacertainrotorbladeinradiationfieldexcitedbyhighst

3、rengthacousticwavewasbuiltinthispaper．Andthen，thestressandsoundDreSSUredistributioninthefourdifferenttypesofradiationfieldswerecomputedandcomparedtoeachother．Theresultsofnumericalsimulationareconsistentwiththeresultsofexperimentaltestsforthreetypesofrotorblades，whichrevealtheinfluencede

4、greeofrotorbladeexcitedbyhighstrengthacousticwave．关键词：高强声波；转子叶片；声波辐射；应力和声压分布Keywords：highstrengthacousticwave；rotorblade；acousticradiation；stressandsoundpressuredistribution中图分类号：0422．7文献标识码：A文章编号：1006—431l(2014)29一oo14—020引言出发点。声波激振是自然界一种普遍存在而且为大家所熟知本文采用有限元法，对高强声波辐射场中转子叶片的的现象，在工程实际中也广泛

5、存在。因声共振引起的结构振动分析问题进行了大量的数值计算，得到了与实验结果破坏，失效或者故障也屡有发生。声波与人们的生活密切一致的结论，验证了数值计算的有效性。相关，因此对声波的认识也是物理学研究的一个重要领1悬臂板的动力学方程域。但之前大家一直未注意到声波激振尤其是高强声波激为了研究高强声波激励和机械激励下发动机转子叶振可能是造成结构破坏的一个原因，人们往往关心的是声片的振动特性和振动规律，需要建立叶片的振动方程。但波对人的影响以及声波的应用，另外一个方面高强声波的发动机转子叶片曲面复杂，描述困难，因此一般难以给出发生存在于比较特殊的场合和情形[1]。发动机转子叶片

6、的动力学解析方程。目前，转子叶片的分人们关注声疲劳问题开始于20世纪50年代发生的析计算常采用薄板近似模型进行，相关理论可参见曹志远由于高强度喷气噪声造成的飞机结构破坏[21。尽管声疲劳等著的《板壳振动理论》一书等嘲。破坏现象首先发生于飞机构件上，早期声疲劳问题的研究分别采用悬臂板模型和有限元方法(视为准确值)计也主要围绕于此，但随着科学技术水平的不断发展，有关算得到的3种叶片的基频如下：航空发动机构件声疲劳问题的研究也越来越受到广大学表1采用2种方法得到的叶片基频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，处于悬臂板模型(Hz)有限元方法误差(1

7、00％)叶片A638．153l2-27104％这种宽频带高能级声激励环境中的构件极易发生高周疲叶片B(rotor67)305．71370．8317．56％劳[31。航空发动机中的声疲劳问题本质上是随机振动载荷叶片C650．81623．794-33％导致结构高周疲劳失效的典型代表。国外对声波激振的研究工作开展得比较早，取得了大量的成果，但公开的资料其中叶片A和B是某型发动机叶片。很少。国内也有许多学者开展了这方面的工作。最近，林左声波载荷的形式：作用在叶片上的实际声波应当为随鸣，李克安等学者对声激振对发动机转子叶片振动的影响机载荷，但为降低建模和计算的