为了研究复杂载荷对整体叶盘振动特性的影响,基于热流固耦合方法对热障涂层整体叶盘振动特性进行研究。简化整体叶盘模型,对叶片表面涂敷热障涂层并建立整体叶盘的流场模型;在Fluent中采用热流固耦合方法对整体叶盘的表面进行气动载荷和温度载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法分别对不同工况下整体叶盘的振动特性进行分析。结果表明考虑离心载荷对整体叶盘的固有频率影响最大,温度的影响最小;对比不同工况下,考虑温度载荷对整体叶盘的共振点个数无影响,气动载荷增加整体叶盘的共振点个数。

针对航空发动机涡轮叶盘运行中产生的疲劳裂纹改变振动特性的问题,基于有限元模态分析理论对其进行研究。建立不同裂纹长度、裂纹分布位置的整体叶盘有限元模型,分别分析动静态下固有频率的变化;分析裂纹对整体叶盘频率转向的影响;最后,通过分析含裂纹叶片在激励作用下的响应,得出其响应幅值和振动方向的变化。结果表明裂纹会降低整体叶盘固有频率,且对低阶频率影响较大;裂纹会影响整体叶盘振型,出现振动局部化现象;裂纹的出现影响整体叶盘频率转向现象的发生;整体叶盘中含裂纹叶片的响应峰值随着裂纹长度的增加而逐渐增大,且裂纹叶片会出现大范围振动反向现象。

硬涂层减振是一种极具应用前景的减振技术,被广泛应用于整体叶盘阻尼减振,研究旋转硬涂层整体叶盘频率转向特性具有重要意义。针对NiCoCrAlY+YSZ硬涂层整体叶盘减缩结构建立有限元模型,研究工作状态下硬涂层整体叶盘模态动频曲线两阶模态间频率转向和振型转换特性,和高阶模态间复杂的频率转向特性及硬涂层对整体叶盘频率转向和振型转换特性的影响。仿真结果表明:频率转向区附近转速n=600 rad/s时,无涂层整体叶盘第5阶和第6阶固有频率差值为15.14 Hz,硬涂层整体叶盘第5阶和第6阶固有频率差值为14.04 Hz,频率转向区附近固有频率变化率为7.26%;硬涂层的涂敷不会影响频率转向现象的发生,但改变了两阶模态间频率转向区动频曲线间隙,对频率转向区处模态振型无影响。

以某航空发动机整体叶盘简化模型为研究对象,对叶片表面涂覆NiCrAlY硬涂层,建立硬涂层整体叶盘有限元模型。针对不同工况下仅考虑离心力影响和同时考虑科氏力和离心力影响的2种情况,进行模态分析,研究离心力和科氏力对不同转速下硬涂层整体叶盘模态特性的影响,并讨论硬涂层对整体叶盘系统固有特性的影响;最后,根据计算得到的固有频率,得到2种不同载荷下的坎贝尔图,求得硬涂层整体叶盘发生共振时的危险转速。结果表明:转速越大,固有频率值升高,科氏力对频率特性影响越大;硬涂层对整体叶盘结构的频率影响较小,硬涂层削弱了科氏力的影响;对于高速旋转的整体叶盘系统,科氏力影响显著,工程计算时不可忽略。

整体叶盘在复杂多变载荷的作用下易出现振动损伤和使用寿命缩短等问题。针对此问题,以整体叶盘简化模型为对象,对叶片的压力面涂敷NiCrAlY硬涂层并建立叶盘的流场模型;在Fluent软件中采用流固耦合方法分别对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘进行叶盘表面气动载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘在气动载荷、离心载荷、气动和离心载荷共同作用下的振动响应、等效应力的分布进行求解,以及绘制叶盘的坎贝尔图。依据以

以某三级风扇为例,通过数值计算及试验数据分析,对比研究了整体叶盘结构及盘榫结构的不同弹性特征;分析了整体叶盘结构叶片弹性变形角变化量随叶片叶高、相对换算转速变化的特点;阐述了整体叶盘结构叶片径向变形量的特点.研究结果表明,整体叶盘结构的弹性变形量小于盘榫结构叶片,弹性变形角随叶高及转速呈非线性变化.