免费论文：基于能量法的叶片颤振边界预测方法

航空燃气涡轮发动机中，由颤振引发的叶片疲劳失效，是导致发动机机械故障的主要原因之一。叶片颤振属于流体诱发的自激振动，弹性体的叶片在气动力作用下产生气弹耦合振动。颤振与共振最主要的区别在于，颤振将叶片周围的流体也纳入振动系统，而没有外激励的作用，完全由叶片和气流的相互作用，在小扰动下产生振幅发散的自激振动。定量描述颤振的方法主要有能量法和特征值法。能量法的基本思路为：叶片颤振作为一种自激振动，将由于叶片的初始微小振动而不断地从周围气流中吸取能量，但在振动过程中，又必然由于机械阻尼的存在而消耗能量。因此可根据叶片在一个振动周期内，从外界所得到的能量的正负来判别颤振发作与否。能量法有着非常明确的物理意义，指出了流体与固体之间能量的交换，是颤振发作的根本。本文基于能量法原理，采用弱耦合的方法，通过ANSYS和CFX计算非定常气动力和气动阻尼，进行颤振预测。计算中发展了三维线性插值方法和多层动网格技术，使模拟结果更接近于实际工况，并以NASA67风扇叶片为模型，模拟了叶片在不同动网格层数、不同阶次、不同振幅、不同转速和不同出口反压条件下的叶片振动，得到了叶片等效模态气动阻尼比及其影响因素的变化规律。本文计算了压气机特性图中等转速线上不同气动条件下的等效模态气动阻尼比，采用多项式拟合的方法外推，得到叶片等效模态气动阻尼的分布，并根据等效模态气动阻尼比的等值线确定颤振边界。这种基于能量法得到颤振边界的计算方法虽然在精度上还稍有偏差，但整个流程对颤振边界的研究有一定的借鉴作用。

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