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干摩擦阻尼叶片的界面约束力描述及振动响应求解

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振动工程学报 2012年第1期25卷 64-67页

作者：谷伟伟徐自力西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室陕西西安710049 西安热工研究院有限公司陕西西安710032

发展了一种描述复杂运动状态下界面约束力的三维干摩擦接触数值模型,该模型通过在接触界面建立多个摩擦接触点对得到多点分布的界面约束力,可以描述界面的粘滞-滑动共存状态和法向接触正压力不均匀分布。在该模型中还考虑了界面动静摩... 详细信息

发展了一种描述复杂运动状态下界面约束力的三维干摩擦接触数值模型,该模型通过在接触界面建立多个摩擦接触点对得到多点分布的界面约束力,可以描述界面的粘滞-滑动共存状态和法向接触正压力不均匀分布。在该模型中还考虑了界面动静摩擦系数的不同和界面的各向异性。采用三维干摩擦接触数值模型和高阶谐波平衡法,计算了某真实围带阻尼结构汽轮机叶片在复杂激励下的非线性振动响应。计算出叶片振动响应在一个运动周期出现多个局部极值,呈含多谐波的周期函数。

关键词：叶片干摩擦阻尼振动高阶谐波平衡法

航空发动机带缘板阻尼涡轮叶片减振特性试验设计方法

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航空动力学报 2024年

作者：周渝航邹励戬漆文凯孙景国中国船舶集团有限公司第七〇三研究所南京航空航天大学能源与动力学院

发动机涡轮转子叶片故障的主要原因之一是叶片共振引发的高周疲劳，通过合理设计干摩擦阻尼结构能够有效的抑制涡轮叶片振动。为了深入了解叶片-盘系统的振动特性、检验已有阻尼装置减振效果是否满足技术指标，有必要设计开展带干摩擦... 详细信息

发动机涡轮转子叶片故障的主要原因之一是叶片共振引发的高周疲劳，通过合理设计干摩擦阻尼结构能够有效的抑制涡轮叶片振动。为了深入了解叶片-盘系统的振动特性、检验已有阻尼装置减振效果是否满足技术指标，有必要设计开展带干摩擦阻尼真实叶片减振特性试验。真实叶片振动特性试验相较模拟叶片试验而言，在设计过程中会遇到更多挑战，本文以定型带缘板阻尼涡轮叶片为例，设计了真实涡轮叶片组减振特性试验方案，通过开展涡轮叶片组减振特性试验，得到不同正压力下受激叶片的频响函数曲线。试验数据表明：缘板阻尼装置在设计频率范围内对叶片组振动有明显的抑制效果，最佳减振效果能使受激叶片共振幅值减小60%以上。

关键词：航空发动机叶片减振干摩擦阻尼缘板阻尼器试验技术

TSHBM法及其在干摩擦阻尼叶片响应计算中的应用

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航空动力学报 2023年

作者：孙扬周标臧朝平南京航空航天大学能源与动力学院

建立了以时间谱形式的谐波平衡法为核心的新型非线性强迫振动响应高效计算方法，并应用于含接触界面的干摩擦阻尼叶片结构响应分析。首先，基于时间谱形式的谐波平衡法的原理和特点，建立非线性强迫振动响应通用求解方案；然后，根据接... 详细信息

建立了以时间谱形式的谐波平衡法为核心的新型非线性强迫振动响应高效计算方法，并应用于含接触界面的干摩擦阻尼叶片结构响应分析。首先，基于时间谱形式的谐波平衡法的原理和特点，建立非线性强迫振动响应通用求解方案；然后，根据接触非线性的特性，提出了干摩擦力及解析雅可比矩阵计算的适应性处理方案，形成了含接触界面的叶片结构新型非线性振动响应高效预测方法。数值仿真结果表明，在带燕尾型榫根的叶片单扇区有限元模型中，分别保留1阶和3阶谐波阶次时，该方法的非线性振动响应计算时间消耗相较于传统的多谐波平衡法分别削减37%和46%，因此该方法在易用性、可推广性和计算效率方面具有独特的优势。

关键词：响应预测叶片结构干摩擦阻尼多谐波平衡法时间谱形式的谐波平衡法

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考虑参数关联的缘板阻尼器减振性能分析

航空动力学报 2021年第8期36卷 1657-1668页

作者：李琳高钱吴亚光范雨北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学航空发动机结构强度北京市重点实验室北京100191

建立了缘板阻尼器(UPDs)各参数间的关联关系,揭示了减振性能随主要参数的变化规律,形成参数联动设计准则。基于双叶片-缘板阻尼器集中参数模型,采用多阶谐波平衡法(MHBM)计算稳态响应以衡量阻尼器性能;推导了解析雅可比矩阵,使收敛性和... 详细信息

建立了缘板阻尼器(UPDs)各参数间的关联关系,揭示了减振性能随主要参数的变化规律,形成参数联动设计准则。基于双叶片-缘板阻尼器集中参数模型,采用多阶谐波平衡法(MHBM)计算稳态响应以衡量阻尼器性能;推导了解析雅可比矩阵,使收敛性和计算效率显著提高。结果表明:考虑参数的关联性是必要的;选取较大材料密度与特定底角的对称楔形缘板阻尼器,可以实现4.57%的最优阻尼比;当激振力存在相位差时,采用非对称的楔形阻尼结构能进一步提升阻尼效果。

关键词：缘板阻尼器干摩擦阻尼参数关联设计多谐波平衡法雅可比矩阵

基于迟滞回线模型的非线性金属橡胶传递率分析

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振动与冲击 2020年第6期39卷 230-235,256页

作者：余慧杰朱逸轩许亚辉上海理工大学机械工程学院上海200093

通过理论和试验对某金属橡胶非线性隔振器的传递特性进行了研究。基于含干摩擦阻尼的非线性迟滞力学模型,采用平均法求出系统的频率响应函数,从理论角度探究不同运动状态下的传递率及实现无谐振的条件;根据频率响应函数确定解锁频率与... 详细信息

通过理论和试验对某金属橡胶非线性隔振器的传递特性进行了研究。基于含干摩擦阻尼的非线性迟滞力学模型,采用平均法求出系统的频率响应函数,从理论角度探究不同运动状态下的传递率及实现无谐振的条件;根据频率响应函数确定解锁频率与实现无谐振的临界干摩擦力;利用动态加载试验识别隔振器的力学参数,通过振动实验验证了理论结果。所得结论对金属橡胶隔振器的设计和应用具有重要的指导意义。

关键词：金属橡胶迟滞回线干摩擦阻尼传递率

含接触界面的叶盘结构强迫振动响应快速预测方法

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航空动力学报 2019年第9期34卷 1953-1961页

作者：阳刚周标臧朝平南京航空航天大学能源与动力学院航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室南京210016 北京动力机械研究所激光推进及其应用国家重点实验室北京100074

建立了含接触界面的叶盘有限元结构强迫振动响应的快速预测方法。以含燕尾型榫连接的叶盘结构有限元(FE)模型为例,通过模态综合法对线性结构模型进行减缩,将模型计算规模降低至原模型的1/25以下,采用谐波平衡法对进行稳态响应预测。在... 详细信息

建立了含接触界面的叶盘有限元结构强迫振动响应的快速预测方法。以含燕尾型榫连接的叶盘结构有限元(FE)模型为例,通过模态综合法对线性结构模型进行减缩,将模型计算规模降低至原模型的1/25以下,采用谐波平衡法对进行稳态响应预测。在此过程中,将作者前期研究工作中提出的雅可比矩阵加速技术进行拓展改进,形成了适用于含接触界面的大规模有限元模型的快速雅可比矩阵快速计算方法,将基于谐波平衡法的响应预测速率提高400倍以上。结果表明:所建立的含接触界面的叶盘结构强迫振动响应快速预测方法准确性良好,在计算效率方面拥有巨大的优势,可为后续开展各种类型干摩擦阻尼器的设计和优化工作提供强有力的工具。

关键词：叶盘结构响应预测干摩擦阻尼模型减缩谐波平衡法(HBM)

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航空发动机承力结构系统阻尼减振设计方法

航空动力学报 2019年第11期34卷 2440-2447页

作者：章健马艳红王永锋洪杰北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 先进航空发动机协同创新中心北京100191

针对典型高推质比涡扇发动机承力结构系统,提出了干摩擦阻尼减振的结构振动控制方法:在不损失支承刚度的前提下,于承力结构上设计具有动力吸振作用的干摩擦阻尼器,增强转子支承结构系统在宽频域内的阻尼特性,实现在工作转速频率内对承... 详细信息

针对典型高推质比涡扇发动机承力结构系统,提出了干摩擦阻尼减振的结构振动控制方法:在不损失支承刚度的前提下,于承力结构上设计具有动力吸振作用的干摩擦阻尼器,增强转子支承结构系统在宽频域内的阻尼特性,实现在工作转速频率内对承力结构振动响应的有效控制。通过理论分析和仿真计算,确定了干摩擦阻尼器结构特征及摩擦接触条件对减振效果的影响规律,并提出了承力结构阻尼减振的设计思路与流程。结果表明:干摩擦阻尼器可通过接触摩擦消耗承力框架的振动能量,合理设计阻尼器的摩擦因数和爪宽将进一步优化减振效果,算例中轴承座局部共振幅值衰减超过1个量级。

关键词：涡扇发动机承力结构振动控制干摩擦阻尼机械阻抗

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薄壁结构干摩擦阻尼减振设计分析

航空发动机 2022年第5期48卷 116-123页

作者：高世民王延荣叶航北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100083 江西研究院南昌330096 成都航利(集团)实业有限公司四川彭州611936

加装干摩擦阻尼结构是航空发动机薄壁结构有效的减振手段。为提供工程可用高效的减振设计工具,建立了一种薄壁结构干摩擦阻尼减振设计的分析方法及流程。给定薄壁结构的振动应力,针对不同的减振结构采用恰当的干摩擦接触模型,基于能量耗... 详细信息

加装干摩擦阻尼结构是航空发动机薄壁结构有效的减振手段。为提供工程可用高效的减振设计工具,建立了一种薄壁结构干摩擦阻尼减振设计的分析方法及流程。给定薄壁结构的振动应力,针对不同的减振结构采用恰当的干摩擦接触模型,基于能量耗散,计算干摩擦减振结构接触面所能提供的等效阻尼比,获得在所关注模态下减振结构所能提供的等效阻尼比随主结构考核点振动应力变化的阻尼特性曲线。减振设计阶段目标为共振发生时,在结构许用振动应力下,减振结构能提供最优的阻尼比。对4种常用的干摩擦阻尼结构进行了减振设计分析,结果表明:平板式缘板阻尼器优化质量为1.2 g、涡轮叶片锯齿冠优化预扭角为0.5°(取许用振动应力50 MPa)时可得最佳阻尼效果;矩形截面阻尼环径向厚度和裂式阻尼套筒轴向长度在设计范围内取值越大,阻尼效果越好。

关键词：干摩擦阻尼薄壁结构接触模型减振设计

用于飞轮微振动抑制的黏弹性-干摩擦阻尼环设计

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机械工程学报 2020年第23期56卷 98-106页

作者：贺晓东黄修长华宏星上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学振动、冲击、噪声研究所上海200240

工程界采用阻尼环抑制飞轮的发射段振动放大和在轨微振动,其抑振机理之一为动力吸振器。受飞轮工作环境的宽域温差影响,阻尼环中采用的黏弹性材料的阻尼和刚度性能将发生变化,破坏有阻尼动力吸振器工作的最优参数条件。针对该问题,进一... 详细信息

工程界采用阻尼环抑制飞轮的发射段振动放大和在轨微振动,其抑振机理之一为动力吸振器。受飞轮工作环境的宽域温差影响,阻尼环中采用的黏弹性材料的阻尼和刚度性能将发生变化,破坏有阻尼动力吸振器工作的最优参数条件。针对该问题,进一步研究阻尼环各界面可能存在的干摩擦阻尼的影响机理。建立了黏弹性-干摩擦阻尼环-飞轮系统的多自由度集中参数模型,首先不考虑干摩擦阻尼,根据飞轮系统的有效模态质量确定了黏弹性阻尼环的最优参数;然后以该最优参数为初值,利用遗传算法得到了干摩擦阻尼环和黏弹性-干摩擦阻尼环的最优参数。对比分析了黏弹性阻尼环、干摩擦阻尼环和黏弹性-干摩擦阻尼环在最优参数及非最优参数下飞轮传递到基础的扰动力响应。结果表明,干摩擦阻尼能进一步拓宽黏弹性阻尼环的抑振频率范围,并提高其鲁棒性。

关键词：阻尼环动力吸振器干摩擦阻尼遗传算法有效模态质量