含呼吸裂纹的旋转扭型变截面叶片的动态接触特性

作     者：汪伟伟 马辉 赵晨光 吴志渊 王洪基 WANG Wei-wei;MA Hui;ZHAO Chen-guang;WU Zhi-yuan;WANG Hong-ji

作者机构：School of Mechanical Engineering and AutomationNortheastern UniversityShenyang 110819China Key Laboratory of Vibration and Control of Aero-propulsion SystemsMinistry of EducationNortheastern UniversityShenyang 110819China Wuhan Lotus Cars Co.Ltd.Wuhan 430024China State Key Laboratory of Mechanical System and VibrationShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China 

出 版 物：《Journal of Central South University》 (中南大学学报（英文版）)

年 卷 期：2024年第31卷第3期

页      面：858-877页

核心收录：

学科分类：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：Project(11972112)supported by the National Natural Science Foundation of China Project(N2103024)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities,China 

主　　题：呼吸裂纹 动态接触特性 旋转叶片 非线性动力学 非协调六面体单元 

摘      要：航空发动机叶片经常发生裂纹故障失效,从而引发一系列事故。以往的研究主要集中在裂纹引起的非线性振动上,而裂纹呼吸过程中裂纹表面的接触状态往往被忽略。然而,考虑裂纹表面的接触行为是非常重要的,因为它会导致裂纹叶片的非线性振动。为了进一步研究裂纹诱发非线性振动的机理,本文提出了一种基于自编非协调六面体单元(SNCHE)的旋转叶片动态接触呼吸裂纹模型,并使用弹簧单元模拟呼吸效应。通过接触有限元模型验证了模型的有效性。此外,还研究了裂纹参数(裂纹深度和裂纹位置)及载荷参数(气动振幅和气动频率)对裂纹叶片动态接触特性的影响。在此基础上,提出了一个呼吸裂纹量化指标(BCQI)来表征呼吸裂纹的非线性水平。结果表明,在裂纹呼吸过程中,裂纹面从叶片侧面向裂纹尖端中心方向闭合。并且BCQI随裂纹深度、气动幅值和转速的增加而增大,随裂纹位置越靠近叶尖而减小。