裂紋葉片時變物理參數(shù)識別及動力學分析.pdf

1、天津大學碩士學位論文裂紋葉片裂紋葉片時變物理時變物理參數(shù)識別及動力學分析參數(shù)識別及動力學分析StudiesonTimevaryingPhysicalParametersIdentificationDynamicsAnalysisofCrackedBlades學科專業(yè)：一般力學與力學基礎研究生：孫佳興指導教師：曹樹謙教授天津大學機械工程學院2016年11月I中文中文摘要摘要航空發(fā)動機壓氣機葉片、渦輪葉片是最重要的關鍵零件之一，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，嚴重影響發(fā)動機使用安全。因此對葉片在發(fā)生故障時的振動故障研究非常具有工程意義。由于振動過程中裂紋的開合作用，葉片響應具有非平穩(wěn)的特性，對裂紋葉片的信號提取和故障診斷提出更高的要求。文獻中對此類問題雖有涉及，但仍顯不足。因此本文以航空發(fā)動機葉片為研究對象，開展了關于疲勞裂紋故障的一系列研究工作。將葉片簡化為帶裂紋的懸臂梁，通過解析、數(shù)值和實驗等方法研究葉片發(fā)生故障時的振動特性和參數(shù)識別，提出了更符合實際

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，將其一階彎曲振動簡化為一個具有時變剛度和阻尼的單自由度系統(tǒng)；搭建實驗臺，用Hilbert變換分析實驗測得的響應信號和激勵信號，得到時變剛度和阻尼，并與文獻中余弦剛度模型進行對比；根據(jù)識別結(jié)果進一步對余弦剛度數(shù)模型進行修正，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)值計算得到模型改進前后系統(tǒng)的響應，并與實驗測得的響應作對比，結(jié)果表明：由改進余弦剛度模型計算得

4、到的系統(tǒng)響應特性與實驗觀察到的現(xiàn)象相一致。2.針對實驗得到的改進余弦剛度模型，通過直接攝動法確定其振動穩(wěn)定性邊界，分析各參數(shù)對穩(wěn)定性的影響；用多尺度法求得參激系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應的周期解，解釋實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，驗證改進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)下的非線性響應特征。3.研究含半橢圓型裂紋葉片，通過三維實體單元進行離散，無摩擦接觸模型模擬振動過程中裂紋的呼吸效應，在簡諧載荷作用下，利用建立的有限元模型，分析懸臂梁的非線性