张伟 袁双 郭翔鹰

(北京工业大学 机电学院, 北京 100124)

引言

叶片是航空发动机的关键零部件之一,在工作中起着转换能量的作用,被称为发动机的心脏,其质量好坏直接影响了发动机的工作效率和运行的可靠性.航空发动机叶片工作环境恶劣,在高速旋转运动中承受着气动力、离心力的作用,由此而产生的振动对发动机的性能、耐久性、可靠性和寿命具有非常大的影响.发动机中压气机叶片需要完成对气体的压缩和膨胀,并且以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作.而叶片作为一种特殊的零件,它数量多,形状复杂,要求高,加工难度大,而且是故障多发的零件,一直以来是各发动机厂生产的关键,因此发动机叶片的研究极为重要.

目前,国内外学者对叶片的振动已经做了很多研究.1997年,Carmakar等人[1]研究了复合材料旋转变截面板模型.考虑了预扭转角,利用有限元的方法研究了变厚度板各参数对其稳定性的影响.2000年,Lin等人[2]将叶片简化成含预扭转角的Euler-Bernoulli梁模型.利用哈密顿原理研究了含弹性约束的结构在简谐外激励作用下的动力学响应,通过计算分析了剪切变形、转动惯量、预扭转角等对结构振动频率的影响.2001年,Hong等人[3]将发动机叶片模拟为含预扭转角的板,将叶片材料简化为均匀、各向同性材料,采用瑞雷李兹法,忽略了剪切变形影响,得出了预扭转角和轮毂半径对板振动的影响规律.2002年,Banerjee等人[4]研究了变截面旋转梁……