裂紋葉片時(shí)變物理參數(shù)識(shí)別及動(dòng)力學(xué)分析.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文裂紋葉片裂紋葉片時(shí)變物理時(shí)變物理參數(shù)識(shí)別及動(dòng)力學(xué)分析參數(shù)識(shí)別及動(dòng)力學(xué)分析StudiesonTimevaryingPhysicalParametersIdentificationDynamicsAnalysisofCrackedBlades學(xué)科專業(yè)：一般力學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)研究生：孫佳興指導(dǎo)教師：曹樹謙教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016年11月I中文中文摘要摘要航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片是最重要的關(guān)鍵零件之一，其所處的工作

2、環(huán)境十分惡劣，極易產(chǎn)生疲勞裂紋故障，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全。因此對(duì)葉片在發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)故障研究非常具有工程意義。由于振動(dòng)過程中裂紋的開合作用，葉片響應(yīng)具有非平穩(wěn)的特性，對(duì)裂紋葉片的信號(hào)提取和故障診斷提出更高的要求。文獻(xiàn)中對(duì)此類問題雖有涉及，但仍顯不足。因此本文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片為研究對(duì)象，開展了關(guān)于疲勞裂紋故障的一系列研究工作。將葉片簡(jiǎn)化為帶裂紋的懸臂梁，通過解析、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)等方法研究葉片發(fā)生故障時(shí)的振動(dòng)特性和參數(shù)識(shí)別，提出了更符合實(shí)際

3、情況的裂紋剛度模型。本文主要工作如下：1.研究橫向貫穿型裂紋懸臂梁，將其一階彎曲振動(dòng)簡(jiǎn)化為一個(gè)具有時(shí)變剛度和阻尼的單自由度系統(tǒng)；搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用Hilbert變換分析實(shí)驗(yàn)測(cè)得的響應(yīng)信號(hào)和激勵(lì)信號(hào)，得到時(shí)變剛度和阻尼，并與文獻(xiàn)中余弦剛度模型進(jìn)行對(duì)比；根據(jù)識(shí)別結(jié)果進(jìn)一步對(duì)余弦剛度數(shù)模型進(jìn)行修正，并在一定范圍內(nèi)探究新模型中參數(shù)隨外界條件變化情況。通過數(shù)值計(jì)算得到模型改進(jìn)前后系統(tǒng)的響應(yīng)，并與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的響應(yīng)作對(duì)比，結(jié)果表明：由改進(jìn)余弦剛度模型計(jì)算得

4、到的系統(tǒng)響應(yīng)特性與實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象相一致。2.針對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的改進(jìn)余弦剛度模型，通過直接攝動(dòng)法確定其振動(dòng)穩(wěn)定性邊界，分析各參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響；用多尺度法求得參激系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的周期解，解釋實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，驗(yàn)證改進(jìn)余弦剛度模型的正確性；最后通過數(shù)值方法獲得不同系統(tǒng)參數(shù)下的非線性響應(yīng)特征。3.研究含半橢圓型裂紋葉片，通過三維實(shí)體單元進(jìn)行離散，無摩擦接觸模型模擬振動(dòng)過程中裂紋的呼吸效應(yīng)，在簡(jiǎn)諧載荷作用下，利用建立的有限元模型，分析懸臂梁的非線性