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基于能量法的薄直齿轮自激振动预测

航空动力学报 2016年第1期31卷 241-248页

作者：杨珑王延荣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

航空发动机中的齿轮常因振动而发生疲劳失效,分析其振动成因是必要且急需的.基于能量法,对薄直齿轮的自激振动进行了研究,提出了一种可用于预测薄直齿轮发生横向自激振动的理论方法,推导了自激力和阻尼力对齿轮振动做功的表达式,通过分... 详细信息

航空发动机中的齿轮常因振动而发生疲劳失效,分析其振动成因是必要且急需的.基于能量法,对薄直齿轮的自激振动进行了研究,提出了一种可用于预测薄直齿轮发生横向自激振动的理论方法,推导了自激力和阻尼力对齿轮振动做功的表达式,通过分析系统能量的变化,理论上确认了薄直齿轮发生自激振动的可能性,并给出了发生自激振动时的条件及载荷.通过数值模拟,分析了重合度、节径数和阻尼比对齿轮自激振动稳定性的影响.结果表明:从动齿轮后行波和主动齿轮前行波在阻尼不足时会发生自激振动而失稳,在相同条件下,低节径振型更容易发生自激振动.

关键词：直齿轮自激振动稳定性能量法预测方法

转静干涉流场的激励特征与叶盘结构的共振设计

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航空动力学报 2016年第6期31卷 1368-1376页

作者：李琳马浩然王培屹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

在对三维非定常转静干涉流场进行计算与分析的基础上,研究了转静干涉流场对叶盘结构激励的特征,包括尾流激励中的频率成分和空间成分,以及这些特征成分的相对大小.在此基础上,结合叶盘结构共振条件,总结并提出了从抑制共振的角度确定静... 详细信息

在对三维非定常转静干涉流场进行计算与分析的基础上,研究了转静干涉流场对叶盘结构激励的特征,包括尾流激励中的频率成分和空间成分,以及这些特征成分的相对大小.在此基础上,结合叶盘结构共振条件,总结并提出了从抑制共振的角度确定静子结构周期数的设计原则,即静子结构周期数的确定应使其产生的尾流激励的频率特征中不包含叶盘结构的频率成分,以及空间分布特征中不包含对应该频率模态节径的谐波成分.给出了基于转静干涉流场特征参数估算尾流激励主要频率成分和空间成分的公式,使这一确定静子结构周期数的原则在设计阶段可方便实施.数值分析结果对这种估算公式的合理性进行了验证.结果表明:该公式不需对转静干涉三维非定常流场进行数值模拟,即可对静子结构周期数的合理性(是否会引起共振)做出判断.

关键词：叶盘结构流体诱导振动静子结构周期非定常激励特征

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定压活门稳定性定量分析

航空动力学报 2015年第3期30卷 754-761页

作者：王华威王曦李志鹏党伟李洪胜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

提出了一种定压活门(CPV)稳定性的定量分析方法.首先通过稳态分析,得到影响定压活门稳态性能的主要参数.通过小偏差动态分析,获得定压活门闭环极点根轨迹图.提出临界进口压力概念,得到5个主要结构参数对定压活门稳定裕度的定量影响:弹... 详细信息

提出了一种定压活门(CPV)稳定性的定量分析方法.首先通过稳态分析,得到影响定压活门稳态性能的主要参数.通过小偏差动态分析,获得定压活门闭环极点根轨迹图.提出临界进口压力概念,得到5个主要结构参数对定压活门稳定裕度的定量影响:弹簧刚度对稳定裕度影响很小;而增大阀芯直径,提高阻尼系数,增加负载,减小定压腔容积都分别能够明显提高定压活门的稳定裕度,计算结果与实际工程经验及AMESim仿真结果基本一致.最终,得出增强定压活门稳定裕度的改进措施和设计方法:1定压活门改进问题,最有效的方法为改动出口流通面积;2定压活门设计时,首先应根据其工作进口压力要求及最小负载,确定临界进口压力,然后通过动态分析,以阀芯面积和定压腔容积作为主要的设计参数.

关键词：定压活门稳定裕度小偏差线性化方法临界进口压力 Simulink模型 AMESim模型

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基础振动对转子系统动力特性影响的试验研究

推进技术 2016年第11期37卷 2157-2164页

作者：颜文忠 Konstantin Shaposhnikov 张大义于平超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

为了满足航空发动机转子系统的动力学设计需求,采用试验方法研究基础的振动幅值和振动频率对转子系统横向振动的影响。结果表明,基础振动对转子动力特性的影响具有方向正交性,基础的水平振动仅影响转子的水平振动响应。转子与基础产生... 详细信息

为了满足航空发动机转子系统的动力学设计需求,采用试验方法研究基础的振动幅值和振动频率对转子系统横向振动的影响。结果表明,基础振动对转子动力特性的影响具有方向正交性,基础的水平振动仅影响转子的水平振动响应。转子与基础产生振动耦合,其轴心轨迹的形状和大小受基础振动幅值和频率共同影响,转子振动幅值随基础振幅增加而线性增加,随频率的增加呈二次函数增长,振幅比最大可以达到4。由于基础过大的振幅或频率会带来轴心轨迹的复杂变化,导致振动响应过大,在航空发动机的转子动力特性设计中,必须考虑和有效控制基础的振动幅值和频率,以降低转子系统的振动响应。

关键词：基础振动转子转子动力学振动响应轴心轨迹

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高负荷弯掠叶片力学模型与应力抑制研究

推进技术 2016年第8期37卷 1551-1559页

作者：马艳红曹冲张大义张蓟欣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

几何构型对叶片应力的影响规律是高负荷弯掠叶片应力优化的关键。建立了带有弯掠与扭曲结构特征参数的叶片力学模型,研究了掠形与扭转构型对叶片应力分布的影响。结果表明:弯掠造成的附加弯矩与叶型截面形心位置紧密相关,弯曲应力极值... 详细信息

几何构型对叶片应力的影响规律是高负荷弯掠叶片应力优化的关键。建立了带有弯掠与扭曲结构特征参数的叶片力学模型,研究了掠形与扭转构型对叶片应力分布的影响。结果表明:弯掠造成的附加弯矩与叶型截面形心位置紧密相关,弯曲应力极值可能出现在叶型前缘、尾缘和叶背中部三个区域;扭转造成的附加扭矩的大小由叶尖到叶根逐渐增加,在叶片自然扭曲率较小时,附加扭矩为负方向,其作用致使叶片解扭;对于典型弯掠叶片,其离心力作用下的径向力载荷决定着自身的截面平均应力水平,而附加弯矩和扭矩载荷决定着截面的应力分布形式。在给定的叶型条件下,可通过掠形方式的调整使附加弯矩与扭矩相抵消,降低叶片峰值应力30%以上。

关键词：弯掠叶片结构特征参数离心载荷附加力矩应力分布

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SMA复合材料低速冲击数值模拟方法

航空动力学报 2016年第1期31卷 17-22页

作者：胡殿印彭靖夫贾傲王荣桥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

利用形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）独特的超弹性效应,提出一种利用形状记忆合金提高复合材料结构抗低速冲击性能的方法.基于形状记忆合金的分段化线性简化模型,利用ABAQUS有限元软件提供的VUMAT子程序编制了SMA合金超弹性本... 详细信息

利用形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）独特的超弹性效应,提出一种利用形状记忆合金提高复合材料结构抗低速冲击性能的方法.基于形状记忆合金的分段化线性简化模型,利用ABAQUS有限元软件提供的VUMAT子程序编制了SMA合金超弹性本构关系并将其引入到复合材料层板低速冲击模型,提出了含SMA复合材料低速冲击数值模拟方法.研究形状记忆合金利用迟滞阻尼特性吸收部分形变能量并加以释放的过程,探讨SMA纤维对复合材料层板抗冲击性能的增强规律.结果表明,随着SMA体积分数的提高,复合材料层板的冲击应力峰值和挠度会下降,但在低SMA体积分数（〈10%）情况下,对挠度的改善作用不明显;同时随着SMA体积分数增加,单位体积SMA的冲击能量吸收率会降低,在SMA体积分数为5%~10%时,SMA纤维具有最高的能量吸收率.得出了SMA纤维具有改善复合材料抗冲击性能的作用的结论.

关键词：有限元分析形状记忆合金 SMA复合材料本构模型低速冲击

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叶片飞失转子动力特性及支承结构安全性设计

航空动力学报 2020年第11期35卷 2263-2274页

作者：李超刘棣马艳红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

针对航空发动机在叶片飞失极限载荷下的支点载荷控制问题,建立综合考虑冲击、惯性非对称、减速过临界等多种力学过程的支点动载荷响应分析方法;提出针对止推支点的缓冲阻尼支承结构安全性设计,该结构可以通过控制支承结构的刚度、阻尼参... 详细信息

针对航空发动机在叶片飞失极限载荷下的支点载荷控制问题,建立综合考虑冲击、惯性非对称、减速过临界等多种力学过程的支点动载荷响应分析方法;提出针对止推支点的缓冲阻尼支承结构安全性设计,该结构可以通过控制支承结构的刚度、阻尼参数,调整转子系统动力特性,降低转子临界转速。通过支点动载荷响应分析方法定量评估缓冲阻尼结构对降低支点动载荷的有效性。通过试验证明转子系统在冲击-减速过程中对支点载荷的影响因素。结果表明:叶片飞失所产生的冲击作用和减速过临界过程是威胁支承结构承载能力的主要因素。采用缓冲阻尼支承结构能够使叶片飞失下转子系统的支点动载荷降低至20%,是一种有效的支承结构安全性设计。

关键词：叶片飞失惯性非对称柔性转子动力特性安全性设计

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镍基高温合金GH536的热疲劳行为

航空动力学报 2017年第6期32卷 1381-1387页

作者：陈静石多奇苗国磊易靖钦杨晓光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

燃烧室火焰筒作为航空发动机的热端关键结构件,在工作过程中受到复杂的循环温度载荷,使其承受热疲劳损伤.对火焰筒常用镍基高温合金GH536的热疲劳行为进行试验研究.根据火焰筒结构和载荷特征,设计了中心孔平板试样以及热疲劳试验,研究... 详细信息

燃烧室火焰筒作为航空发动机的热端关键结构件,在工作过程中受到复杂的循环温度载荷,使其承受热疲劳损伤.对火焰筒常用镍基高温合金GH536的热疲劳行为进行试验研究.根据火焰筒结构和载荷特征,设计了中心孔平板试样以及热疲劳试验,研究了热疲劳载荷条件下GH536平板的裂纹萌生及扩展规律,揭示了GH536的热疲劳破坏机理.研究发现:(1)热疲劳裂纹以穿晶模式萌生,以沿晶方式扩展并断裂;(2)随着热疲劳试验中上限温度的升高,裂纹的萌生寿命缩短,裂纹扩展速率加快,试样在800℃时的热疲劳裂纹萌生寿命是900℃裂纹萌生寿命的4.5倍.

关键词：航空发动机火焰筒热疲劳 GH536合金失效机理

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形状记忆合金变刚度结构振动控制仿真研究

推进技术 2018年第6期39卷 1369-1378页

作者：洪杰郑华强杨鑫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

为了实现Ti50Ni41Cu9形状记忆合金(SMA)用于复杂结构振动控制的动力学分析,掌握变刚度振动控制的机理和控制规律,基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系,建立了适用于动力学分析的SMA本构模型,并通过ABAQUS编写材料本构程序,形成有效的SMA结... 详细信息

为了实现Ti50Ni41Cu9形状记忆合金(SMA)用于复杂结构振动控制的动力学分析,掌握变刚度振动控制的机理和控制规律,基于Kelvin-Voigt粘弹性本构关系,建立了适用于动力学分析的SMA本构模型,并通过ABAQUS编写材料本构程序,形成有效的SMA结构动力学有限元仿真方法,实现了多参数影响下SMA结构的非线性稳态和瞬态动力学仿真计算。计算结果表明:SMA的宏观本构模型能够较好地反映材料动力学性能的变化特征,编制的UMAT子程序与试验数据吻合较好;变刚度控制可以有效降低定频激励引起的稳态响应,对于悬臂板结构响应降幅在40%以上;控制速率与响应的最终变化程度无关,但会引起系统非线性特征,从而影响控制过程需要的时间;采用对向变刚度控制可以降低跨越主频的瞬态振动响应,变温速率越快,系统的峰值响应越小,快速变温时会产生自发频带现象,其对主频能量有显著分散作用,可以一定程度上抑制最大响应峰值。

关键词：形状记忆合金本构模型变刚度振动控制非线性振动仿真研究