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带气膜孔的失谐整体叶盘的模态研究

白斌 张伟 李超 白广忱

白斌, 张伟, 李超, 白广忱. 带气膜孔的失谐整体叶盘的模态研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180182
引用本文: 白斌, 张伟, 李超, 白广忱. 带气膜孔的失谐整体叶盘的模态研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180182
Bai Bin, Zhang Wei, Li Chao, Bai Guangchen. Modal Analysis of Mistuned Bladed Disk Assemblies with Film Holes[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180182
Citation: Bai Bin, Zhang Wei, Li Chao, Bai Guangchen. Modal Analysis of Mistuned Bladed Disk Assemblies with Film Holes[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(3): 487-492. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180182

带气膜孔的失谐整体叶盘的模态研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180182
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11772011

国家重点研发计划项目 2017YFB1301300

详细信息
    作者简介:

    白斌(1981-), 副教授, 博士, 研究方向为机械结构设计与概率分析, baibin@126.com

  • 中图分类号: V231.9

Modal Analysis of Mistuned Bladed Disk Assemblies with Film Holes

  • 摘要: 在保证精度的条件下,为了提高航空发动机的计算效率与模拟的准确性,对经典混合界面子结构模态综合法(HISCMSM)进行改进,采用改进的HISCMSM建立了带气膜孔的失谐整体叶盘的有限元模型(FEM)并对其进行了模态分析,与高保真有限元模型方法(Finite element model method,FEMM)相比,相对误差≤ 0.79%,比整体高保真FEMM和经典的HICMSM计算效率分别提高31.01%~55.78%,0.89%~5.45%,研究中考虑了气膜孔的影响,发现气膜孔使得叶盘的模态频率降低,其中气膜孔的大小使得模态频率先减小后增大再减小,气膜孔的排列及角度的改变对叶盘模态频率的影响不大,而气膜孔数对其影响较大。为叶盘结构的设计提供了一定指导意义,为下一步的动力响应研究奠定了基础。
  • 图  1  各叶片弹性模量

    图  2  各叶片上的密度

    图  3  失谐叶盘结构中各叶片上的厚度

    图  4  动态子结构有限元模型

    图  5  各种方法求得模态及其偏差对比

    图  6  气膜孔的大小对模态频率的影响

    图  7  气膜孔的角度对模态频率的影响

    图  8  气膜孔的排列对模态频率的影响

    表  1  气膜孔的排布方案

    叶片气膜孔 方案
    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
    排列数目 - 8*2 8*2 8*2 8*2 8*2 8*2 8*2 8*4 15*2 15*4
    大小/mm - 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
    角度 - 垂直 垂直 垂直 垂直 垂直 右倾 左倾 垂直 垂直 垂直
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    表  2  降阶减缩前后叶盘节点数和单元数比较

    FEMM 改进的HICMSM 折合率/%
    节点数 1 218 072 356 812 71.71
    自由度 995 946 128 208 87.13
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    表  3  不同阶数的计算时间及节省率

    阶数 FEMM
    t/min
    经典的HICMSM 改进的HICMSM
    t/min γ/% t/min γ/%
    10 15.8 11.7 25.94 10.9 31.01
    20 20.7 15.4 25.61 12.7 38.64
    30 35.9 20.3 43.45 18.6 48.18
    40 67.4 30.4 54.89 29.8 55.78
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2017-04-20
  • 刊出日期:  2019-03-05

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