整体叶盘振动特性分析与硬涂层阻尼减振设计研究

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摘要

图目录

表目录

主要符号表

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 整体叶盘的特点与减振需求

1．1．2 阻尼硬涂层

1．2 国内外相关工作研究进展

1．2．1 整体叶盘动力学建模方法研究

1．2．2 叶盘结构的耦合振动分析

1．2．3 失谐叶盘的振动局部化研究与主动失谐设计

1．2．4 整体叶盘的共振特性分析与试验研究

1．2．5 叶片的振动疲劳特性与带裂纹叶片的振动研究

1．2．6 整体叶盘结构的减振方法与技术

1．2．7 硬涂层结构振动特性及阻尼减振特性研究

1．3 本文主要研究思路

2 整体叶盘的动力学建模与耦合振动特性分析

2．1 引言

2．2 整体叶盘振动分析的解析建模方法

2．2．1 简化模型描述

2．2．2 整体叶盘的动力学方程

2．2．3 数值算例与模型验证

2．2．4 结构参数对整体叶盘耦合振动特性的影响

2．3 整体叶盘振动分析的有限元缩减建模方法

2．3．1 谐调叶盘的整体有限元模型建立与振动特性分析

2．3．2 基于模态综合法的整体叶盘缩减建模方法

2．3．3 缩减模型的验证与确认

2．3．4 等效气动载荷下整体叶盘的振动响应

2．3．5 固有特性测试

2．4 本章小结

3 硬涂层整体叶盘的动力学建模方法与阻尼特性分析

3．1 引言

3．2 叶片涂覆阻尼硬涂层的整体叶盘建模与振动阻尼特性分析

3．2．1 模型描述

3．2．2 涂层叶片的等效参数推导

3．2．3 基于能量方程和Ritz法的频率方程推导

3．2．4 数值算例

3．2．5 涂层参数对阻尼性能的影响

3．3 轮盘涂覆硬涂层的整体叶盘建模与振动阻尼特性分析

3．3．1 模型描述与基本假设

3．3．2 涂层圆盘等效抗弯刚度的推导

3．3．3 轮盘涂敷硬涂层的整体叶盘动力学建模

3．3．4 数值算例

3．3．5 涂层参数影响

3．4 整体叶盘的结构参数对硬涂层阻尼减振效果的影响

3．4．1 轮盘厚度

3．4．2 叶片展弦比

3．5 本章小结

4 整体叶盘减振的硬涂层参数与布局多目标动态优化设计

4．1 引言

4．2 涂层结构的优化设计参数

4．2．1 设计变量

4．2．2 设计目标

4．2．3 约束条件

4．3 硬涂层结构参数优化的响应面建模

4．3．1 响应面法基本原理与Kriging模型

4．3．2 响应面模型建立及验证

4．4 基于Kriging模型的涂层参数多目标优化设计

4．4．1 多目标优化求解算法

4．4．2 优化设计结果与检验验证

4．5 硬涂层布局的优化设计方法

4．5．1 基于模态损耗因子的渐进结构拓扑优化方法

4．5．2 硬涂层阻尼结构渐进优化的实现方法

4．5．3 单元灵敏度滤波方法

4．6 基于ESO法的硬涂层整体叶盘拓扑优化设计

4．6．1 拓扑优化设计结果

4．6．2 拓扑优化设计结果分析与验证

4．6．3 优化结果试验验证

4．7 本章小结

5 失谐整体叶盘的共振特性分析与硬涂层主动失谐设计

5．1 引言

5．2 刚度随机失谐整体叶盘的振动局部化特性

5．2．1 失谐整体叶盘缩减建模的基本原理

5．2．2 刚度失谐整体叶盘的有限元建模

5．2．3 刚度失谐整体叶盘的模态局部化分析

5．2．4 气动载荷激励下刚度失谐整体叶盘的振动响应

5．3 叶片涂覆硬涂层对刚度失谐整体叶盘振动特性的影响

5．3．1 叶片涂覆硬涂层的失谐整体叶盘建模与固有特性分析

5．3．2 硬涂层对失谐叶盘模态局部化的影响

5．3．3 硬涂层对失谐叶盘强迫振动响应的影响

5．3．4 涂层弹性模量对失谐整体叶盘振动局部化特性的影响

5．4 整体叶盘的硬涂层主动失谐设计

5．4．1 采用硬涂层的主动失谐实现方法

5．4．2 不同硬涂层失谐形式下整体叶盘的模态特性

5．4．3 不同硬涂层失谐形式下整体叶盘的强迫振动响应特性

5．4．4 硬涂层主动失谐设计下随机失谐整体叶盘的振动分析

5．5 涂层主动失谐设计试验研究

5．5．1 整体叶盘试验件的失谐检测与识别

5．5．2 阶次激励下的振动响应试验

5．5．3 涂层对失谐叶盘模态及振动响应的影响

5．5．4 主动失谐形式下的振动响应试验研究

5．6 本章小结

6 整体叶盘叶片振动疲劳裂纹扩展特性与硬涂层影响研究

6．1 引言

6．2 裂纹萌生与扩展模型

6．2．1 裂纹萌生

6．2．2 裂纹扩展

6．3 带裂纹叶片的整体叶盘振动特性

6．3．1 叶片振动疲劳裂纹的形式

6．3．2 带裂纹叶片的整体叶盘振动特性

6．4 整体叶盘叶片裂纹的扩展及硬涂层阻尼影响分析

6．4．1 叶片半椭圆形裂纹应力强度因子的计算万法

6．4．2 共振条件下的裂纹扩展分析

6．4．3 硬涂层阻尼对裂纹扩展特性的影响

6．5 叶片裂纹的萌生扩展及硬涂层影响试验研究

6．5．1 试验方法与原理

6．5．2 振动疲劳及裂纹扩展试验

6．5．3 裂纹叶片的振动特性

6．5．4 叶片裂纹的定量与定位检测

6．5．5 硬涂层对振动疲劳与裂纹扩展的影响

6．6 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

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