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轮盘外缘含裂纹的叶盘结构振动特性研究

郭帅平 范星明 王平 李学军 李鸿光

郭帅平, 范星明, 王平, 李学军, 李鸿光. 轮盘外缘含裂纹的叶盘结构振动特性研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 737-746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200357
引用本文: 郭帅平, 范星明, 王平, 李学军, 李鸿光. 轮盘外缘含裂纹的叶盘结构振动特性研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 737-746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200357
GUO Shuaiping, FAN Xingming, WANG Ping, LI Xuejun, LI Hongguang. Vibration Characteristics Analysis of Bladed Disks with Crack on Disk Outer Edge[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 737-746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200357
Citation: GUO Shuaiping, FAN Xingming, WANG Ping, LI Xuejun, LI Hongguang. Vibration Characteristics Analysis of Bladed Disks with Crack on Disk Outer Edge[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 737-746. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200357

轮盘外缘含裂纹的叶盘结构振动特性研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200357
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51875196

国家自然科学基金项目 51705144

中国航发集团科技创新项目 KY-52-2018-0021

详细信息
    作者简介:

    郭帅平(1987-), 副教授, 硕士生导师, 研究方向为机械损伤检测与诊断, guoshuaiping@163.com

    通讯作者:

    王平, 研究员, 博士, 8010039@hnust.edu.cn

  • 中图分类号: TG156

Vibration Characteristics Analysis of Bladed Disks with Crack on Disk Outer Edge

  • 摘要: 针对叶盘结构因轮盘外缘出现径向开口裂纹而导致的振动特性变化, 基于有限元方法研究了叶盘的固有特性与响应特性, 得到轮盘裂纹位置、长度对叶盘振动特性的影响规律, 并对固有特性进行实验验证。研究表明: 在固有特性方面, 轮盘外缘裂纹位置越靠近叶根, 裂纹长度越长, 对比完好叶盘, 叶盘固有频率下降越大, 模态局部化参数越大; 在频率转向区, 叶盘模态局部化参数增大更加明显。在受迫振动响应方面, 在频率转向区, 轮盘裂纹使叶盘的共振频率分离, 共振频率区变宽; 裂纹位置越靠近叶根, 裂纹长度越长, 叶盘振动响应局部化参数越大。
  • 图  1  完整叶盘与叶盘扇区示意图

    图  2  固有频率与节径图

    图  3  谐调叶盘结构叶片变形量

    图  4  轮盘裂纹示意图

    图  5  相同裂纹长度, 不同裂纹位置的固有频率之差

    图  6  相同裂纹位置, 不同裂纹长度的固有频率之差

    图  7  叶盘结构模态振型

    图  8  实验设备

    图  9  含0.5H-0L轮盘裂纹的叶盘叶片变形量

    图  10  相同裂纹长度, 不同裂纹位置的的模态局部化参数

    图  11  相同裂纹位置, 不同裂纹长度的模态局部化参数

    图  12  不同裂纹长度的模态局部化参数之和

    图  13  实验与仿真模态振型的对比

    图  14  谐调叶盘各叶片的频率响应曲线

    图  15  0.5H长度下, 不同位置裂纹叶盘各叶片的频率响应

    图  16  0位置下, 不同长度裂纹叶盘各叶片的频率

    图  17  振动响应局部化参数

    表  1  含0.3H-0L裂纹叶盘固有频率仿真值和测试值

    阶数 仿真值/Hz 试验值/Hz 相对误差/%
    1阶 389.61 393.0 0.87
    2阶 391.61 399.36 1.98
    3阶 462.62 452.01 2.29
    4阶 465.19 456.19 1.93
    5阶 466.82 460.36 1.38
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  • 收稿日期:  2020-07-19
  • 刊出日期:  2022-05-01

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