免费论文：智能金属橡胶材料与转子支承系统动力特性研究

本文基于未来先进航空发动机转子振动主动控制技术趋势，在国内外首次研制成功一种具有形状记忆效应、温控力学性能的新型智能弹性阻尼材料——“形状记忆合金金属橡胶(SMA-MR)”；将其与传统弹性支承结构相结合，研制成功了力学性能主动可控、具有良好承载能力且结构简单可靠的转子智能支承结构。论文对该新型材料的制备工艺和宏观力学行为，智能支承结构宏观力学性能，以及智能支承转子系统的动力特性进行了较为系统的理论和试验研究，并通过试验验证了变刚度支承转子系统的动力学特性和智能支承结构应用于转子振动控制的可行性和有效性。论文基于SMA-MR材料的工艺过程和细观结构特征，构建了半抽象的结构单元体，依据圆柱螺旋弹簧理论、库仑摩擦模型和记忆合金Tanaka模型，建立可以充分考虑多种工艺、载荷参数的SMA-MR材料压缩状态力学本构模型，并结合其特殊的制备工艺充分揭示了SMA-MR材料独特力学性能的内在机理。通过大量的对比试验，系统研究了SMA-MR材料的形状记忆效应、热弹性力学性能及其参数影响规律，同时验证了SMA-MR材料本构模型，为SMA-MR材料的推广应用提供必要的设计规范。通过将SMA-MR新材料与传统鼠笼弹性支承相结合，本文研制了力学性能主动可控的智能弹性支承阻尼结构，并对其静态、动态力学性能及其参数影响规律进行试验研究，结果表明：其刚度和阻尼参数具有明显的温变特性和幅值、频率依赖性，具有优于传统挤压油膜阻尼器转子支承结构的支承力学特性。基于智能支承系统的上述力学特性，本文建立了具有时变刚度、阻尼和激振力参数的典型单盘转子系统理论模型，将近似解析和数值方法相结合，对不同控制参数、阻尼条件下的平稳状态和瞬态动力响应进行仿真分析，系统研究了上述参数对转子系统稳态和瞬态动力学特性的影响，充分验证了具有主动可变刚度/阻尼参数的转子系统的振动主动控制效果，并建立了转子系统振动主动控制参数的优化选取规律，为该智能支承结构的推广应用提供必要的指导。最后，建立与上述理论模型对应的单盘试验转子系统，对其分别在室温、高温不同支承状态下的起动、加速和减速、停车过程振动响应进行对比研究，并分别在加速和减速过程采取不同的温控方式验证了主动变刚度振动控制的可行性和振动抑制效果。上述理论与试验表明，本文研制的SMA-MR材料作为一种新型智能弹性阻尼材料，具有迥异于一般金属橡胶的智能材料特性和良好的宏观力学性能。基于该材料的智能弹性支承阻尼结构不仅具有主动可控的刚度、阻尼性能，同时具备较大的承载能力、稳定的支承力学性能以及简单可靠的结构设计，具有良好的工程应用前景，是满足未来“全电”发动机技术需求的“无油”、主动控制支承结构，其应用于转子系统具有明显的振动抑制效果。

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