硬涂层-碳基增强复合材料叶片振动特性研究

来源 :沈阳化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gusano1987
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叶片是航空发动机的重要零部件,在航空发动机的安全运行过程中扮演着重要角色。叶片的工作环境极其恶劣,运行过程中经常处于高转速、高压的状态,该状态下受到多种载荷的影响,主要有离心载荷和振动激励载荷,因此,叶片极易发生故障损坏,而振动导致的疲劳破坏为主要诱因。硬涂层材料具备减振特性,能够减小结构的振动应力,硬涂层材料的运用可有效解决叶片振动破坏的问题。本文研究硬涂层材料对碳基增强复合材料叶片振动特性的影响及减振效果。本文基于具有各向异性特征的碳基增强复合材料叶片和硬涂层材料(压电、压磁涂层),采取有限元分析方法,探索研究硬涂层涂覆对复合材料叶片振动特性的影响,并进行相应的试验研究。具体研究内容如下:(1)首先根据研究方案,运用Solid Works建立不同方案的复合材料叶片三维模型,将模型导入ANSYS APDL中,根据模型情况选择单元类型,设置材料参数,划分网格以及设置约束。(2)采用预应力模态分析方法得到复合材料叶片的固有频率和振型,采用谐响应的分析方法对复合材料叶片进行振动特性分析,运用Campbell图对不同转速下的叶片进行固有特性分析,检验涂覆压电、压磁涂层对复合材料叶片的振动特性的影响。结果表明,涂覆压电涂层能降低叶片的各阶固有频率,压磁涂层能够提高各阶固有频率,叶盆涂覆压电涂层的减振效果更好,且涂层厚的减振效果优于薄的,压磁涂层不起减振作用。(3)建立碳基增强复合材料缩尺叶片的有限元模型,分别设置无涂层涂覆与涂覆压电涂层两种方案,通过预应力模态分析以及谐响应分析研究压电涂层对不同碳基增强复合材料缩尺叶片振动特性的影响。结果表明,涂覆压电涂层有明显的减振效果,且基体为碳纳米管增强复合材料的减振效果略优于碳纤维增强复合材料基体。(4)设计加工碳纤维增强复合材料缩尺叶片的模具以及振动台叶片夹具,选用预浸料材料制作相应的缩尺叶片实体模型,并根据流程搭建振动台测试系统,将缩尺叶片夹紧固定后对其进行扫频激励以及定频激励测试,得出缩尺叶片的各阶固有频率以及频率响应函数。结果表明:试验测得的各阶固有频率与有限元模拟结果近似对应,缩尺叶片各阶的位移响应随着激励的增大而增大,而激励的增大会使各阶对应的固有频率向左发生偏移,具有软式非线性特征。
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