基于形状记忆合金的航空发动机变刚度支架设计及减振

作者： 张文涛     路宽     傅超     杨永锋     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机支架   振动控制   变刚度   非线性振动   非线性动力学   双转子—轴承系统  

描述： 航空发动机为飞机提供动力,是飞机的心脏,直接影响着飞机的性能和可靠性,附件系统和连接结构是航空发动机不可缺少的部分,发动机的过度振动通常会造成附件和连接结构的变形破坏,这将直接影响发动机的服役性能和结构安全性。因此亟需厘清航空发动机附件—连接结构的振动特性,并对连接结构进行减振隔振设计以确保飞机安全性。本文以某型号航空发动机整机系统为研究对象,提出了基于双转子-轴承系统的机匣-连接结构-附件系统的一体化建模方法,应用解析及数值方法对此动力学系统模型进行分析,研究航空发动机整机系统外接附件-连接结构的非线性动力学行为机理,并且针对连接结构进行减振隔振设计,采用拓扑优化和基于形状记忆合金的变刚度设计,实现航空发动机附件系统的主动减振,分析了无故障和不对中故障下变刚度支架的非线性动力学特性,对比了变刚度连接结构的减振效果。

基于形状记忆合金的航空发动机变刚度支架设计及减振

作者： 张文涛     路宽     傅超     杨永锋     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机支架   振动控制   变刚度   非线性振动   非线性动力学   双转子—轴承系统  

描述： 航空发动机为飞机提供动力,是飞机的心脏,直接影响着飞机的性能和可靠性,附件系统和连接结构是航空发动机不可缺少的部分,发动机的过度振动通常会造成附件和连接结构的变形破坏,这将直接影响发动机的服役性能和结构安全性。因此亟需厘清航空发动机附件—连接结构的振动特性,并对连接结构进行减振隔振设计以确保飞机安全性。本文以某型号航空发动机整机系统为研究对象,提出了基于双转子-轴承系统的机匣-连接结构-附件系统的一体化建模方法,应用解析及数值方法对此动力学系统模型进行分析,研究航空发动机整机系统外接附件-连接结构的非线性动力学行为机理,并且针对连接结构进行减振隔振设计,采用拓扑优化和基于形状记忆合金的变刚度设计,实现航空发动机附件系统的主动减振,分析了无故障和不对中故障下变刚度支架的非线性动力学特性,对比了变刚度连接结构的减振效果。

航空发动机双转子系统耦合故障机理研究

作者： 张昊鹏     路宽     傅超     杨永锋     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 耦合故障   航空发动机   非线性动力学   轴承系统   HB   双转子   AFT  

描述： 双转子-轴承系统作为航空发动机的核心,其动力学行为对航空发动机整机振动特性有重要的影响。因此,本文围绕航空发动机双转子-轴承系统,建立了双转子的动力学模型与故障模型,分析了不同工况与故障参数对双转子系统各关键部件与整机振动特性的影响。建模时,通过第二类拉格朗日方程与有限元理论分别建立了转盘、转轴、普通轴承、中介轴承单元,同时考虑了瞬态项对模型的影响以及各物理量间的变换关系。为了提高双转子有限元模型稳态响应的求解效率,基于经典的时频域转换(AFT)思想与现有的谐波平衡-时频域转换(HB-AFT)方法,针对有限元模型改进了数值求解Jacobian矩阵的方法,提高了该方法的通用性。在双转子系统动力学模型的基础上,本文对松动-碰摩耦合故障、不对中-碰摩耦合故障双转子系统进行了研究,得到了振动特性随故障参数及工况参数的变化规律。本文的研究成果可一定程度上为双转子系统结构优化提供理论基础,为航空发动机故障诊断提供先验信息。

航空发动机双转子系统耦合故障机理研究

作者： 张昊鹏     路宽     傅超     杨永锋     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 耦合故障   航空发动机   非线性动力学   轴承系统   HB   双转子   AFT  

描述： 双转子-轴承系统作为航空发动机的核心,其动力学行为对航空发动机整机振动特性有重要的影响。因此,本文围绕航空发动机双转子-轴承系统,建立了双转子的动力学模型与故障模型,分析了不同工况与故障参数对双转子系统各关键部件与整机振动特性的影响。建模时,通过第二类拉格朗日方程与有限元理论分别建立了转盘、转轴、普通轴承、中介轴承单元,同时考虑了瞬态项对模型的影响以及各物理量间的变换关系。为了提高双转子有限元模型稳态响应的求解效率,基于经典的时频域转换(AFT)思想与现有的谐波平衡-时频域转换(HB-AFT)方法,针对有限元模型改进了数值求解Jacobian矩阵的方法,提高了该方法的通用性。在双转子系统动力学模型的基础上,本文对松动-碰摩耦合故障、不对中-碰摩耦合故障双转子系统进行了研究,得到了振动特性随故障参数及工况参数的变化规律。本文的研究成果可一定程度上为双转子系统结构优化提供理论基础,为航空发动机故障诊断提供先验信息。

基于半解析谐波平衡方法的航空发动机整机系统非线性振动特性研究

作者： 陈毅     侯磊     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 非线性振动   双稳态   半解析谐波平衡方法   高维复杂非线性  

描述： 结果表明,中介轴承动载荷对应的幅频响应中的非线性特性和转子系统的振动响应幅频响应中的是一致的。增加中介轴承间隙,系统在主共振区的双稳态特性会更加明显。与Newmark方法相比,改进的半解析方法的求解效率提高15倍,且能获得系统的不稳定周期解,更适用于开展深入的非线性机理研究。

航空发动机复合材料叶片颤振的快速分析方法

作者： 任双兴     侯磊     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 参考节点坐标系法   颤振分析   航空发动机叶片   复合材料板  

描述： 近年来先进航空发动机逐渐向高负荷、高效率和高可靠性的趋势发展,充分利用复合材料的优异性能,进行复合材料叶片结构设计和参数优化,是航空发动机叶片的未来研究趋势之一。以旋转复合材料层合板为研究对象,建立了复合材料本构关系。基于参考节点坐标系法,以轮毂所在中心为参考坐标系圆心,以地面参考系为绝对参考坐标系,建立了旋转层合悬臂板结构动力学模型,利用活塞理论假设超声速气动力,并以外力形式导入结构动力学模型中。利用Newmark-Newton Raphson迭代方法求解非线性方程组得到系统的振动响应,分析了复合材料叶片参数、旋转速度和来流速度等参数对系统振动特性的影响规律,基于能量法实现了流固解耦的复合材料叶片颤振分析。研究结果表明,与基于绝对节点坐标系法相比,基于参考节点坐标系法的复合材料层合板颤振分析计算效率提高了数十倍。

基于半解析谐波平衡方法的航空发动机整机系统非线性振动特性研究

作者： 陈毅     侯磊     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 非线性振动   双稳态   半解析谐波平衡方法   高维复杂非线性  

描述： 结果表明,中介轴承动载荷对应的幅频响应中的非线性特性和转子系统的振动响应幅频响应中的是一致的。增加中介轴承间隙,系统在主共振区的双稳态特性会更加明显。与Newmark方法相比,改进的半解析方法的求解效率提高15倍,且能获得系统的不稳定周期解,更适用于开展深入的非线性机理研究。

航空发动机复合材料叶片颤振的快速分析方法

作者： 任双兴     侯磊     陈予恕.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 参考节点坐标系法   颤振分析   航空发动机叶片   复合材料板  

描述： 近年来先进航空发动机逐渐向高负荷、高效率和高可靠性的趋势发展,充分利用复合材料的优异性能,进行复合材料叶片结构设计和参数优化,是航空发动机叶片的未来研究趋势之一。以旋转复合材料层合板为研究对象,建立了复合材料本构关系。基于参考节点坐标系法,以轮毂所在中心为参考坐标系圆心,以地面参考系为绝对参考坐标系,建立了旋转层合悬臂板结构动力学模型,利用活塞理论假设超声速气动力,并以外力形式导入结构动力学模型中。利用Newmark-Newton Raphson迭代方法求解非线性方程组得到系统的振动响应,分析了复合材料叶片参数、旋转速度和来流速度等参数对系统振动特性的影响规律,基于能量法实现了流固解耦的复合材料叶片颤振分析。研究结果表明,与基于绝对节点坐标系法相比,基于参考节点坐标系法的复合材料层合板颤振分析计算效率提高了数十倍。

航空发动机变刚度支架设计及振动控制

作者： 张亦弛     路宽     杨洋     王子尧     程晖     傅超.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机支架   振动控制   形状记忆合金   可变刚度   拓扑优化  

描述： 航空发动机连接结构振动故障会严重影响发动机的正常运行甚至造成机毁人亡的惨剧,需要采取一定的减振或隔振措施。航空发动机支架是至关重要的连接件,其位于机匣和附件之间,起到关键的支撑和传递载荷的作用。由于支架自身结构和尺寸的限制,传统减振方法不适用于支架结构。针对此问题,本文基于形状记忆合金材料设计了一种刚度可变的航空发动机支架,以此避开共振频率,实现航空发动机附件系统的主动减振。首先根据机匣和附件的相对位置建立支架初始模型并进行拓扑优化,在满足强度的要求下大幅减轻支架质量。之后将支架部分材料使用形状记忆合金进行替换完成了变刚度设计,并分析了温度对支架变形、应力及刚度的影响。最后将所设计的变刚度支架用于航空发动机机匣-支架-附件系统,建立了一体化有限元模型并求解其动力学响应。在单一及耦合故障激励频率下研究了变刚度支架对附件系统的减振效果,最后进行了不同温度下的扫频仿真,获得了系统共振频率及幅值随温度的变化规律,对航空发动机支架减振设计具有一定的指导意义。

航空发动机变刚度支架设计及振动控制

作者： 张亦弛     路宽     杨洋     王子尧     程晖     傅超.   来源： 第十九届全国非线性振动暨第十六届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集 年份： 2023 文献类型 ： 会议论文 关键词： 航空发动机支架   振动控制   形状记忆合金   可变刚度   拓扑优化  

描述： 航空发动机连接结构振动故障会严重影响发动机的正常运行甚至造成机毁人亡的惨剧,需要采取一定的减振或隔振措施。航空发动机支架是至关重要的连接件,其位于机匣和附件之间,起到关键的支撑和传递载荷的作用。由于支架自身结构和尺寸的限制,传统减振方法不适用于支架结构。针对此问题,本文基于形状记忆合金材料设计了一种刚度可变的航空发动机支架,以此避开共振频率,实现航空发动机附件系统的主动减振。首先根据机匣和附件的相对位置建立支架初始模型并进行拓扑优化,在满足强度的要求下大幅减轻支架质量。之后将支架部分材料使用形状记忆合金进行替换完成了变刚度设计,并分析了温度对支架变形、应力及刚度的影响。最后将所设计的变刚度支架用于航空发动机机匣-支架-附件系统,建立了一体化有限元模型并求解其动力学响应。在单一及耦合故障激励频率下研究了变刚度支架对附件系统的减振效果,最后进行了不同温度下的扫频仿真,获得了系统共振频率及幅值随温度的变化规律,对航空发动机支架减振设计具有一定的指导意义。