裂纹叶片频率转向和振型转换特性研究-推进技术.pdf

2015 年4 月 推 进 技 术 Apr. 2015 第36 卷 第4 期 JOURNALOFPROPULSIONTECHNOLOGY Vol.36 No.4 裂纹叶片频率转向和振型转换特性研究* 崔 韦，王建军 （北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京 100191） 摘 要：基于有限元法对裂纹悬臂平板叶片的频率转向和振型转换特性进行了线性和非线性研究。首 先使用张开型裂纹模型通过线性模态分析研究了裂纹长度变化引起的频率转向和振型转换问题，使用模 态置信因子定量分析了频率转向区内振型的渐变过程。而后考虑裂纹闭合效应，建立了裂纹平板的双线性 模型，使用张开型和闭合型模型线性分析结果计算得到双线性频率，其中张开型和闭合型裂纹振型通过模 态相关性分析进行匹配。计算了裂纹叶片双线性频率，分析了非线性频率转向特性与线性分析结果的差 异。最后使用接触有限元模型瞬态响应扫频计算得到非线性共振频率，对张开型模型和双线性模型在典型 弯曲、扭转和面内弯曲模态的共振频率进行了验证。 关键词：裂纹叶片；频率转向；振型转换；模态分析；双线性频率；模态置信因子 中图分类号：V231.9 文献标识码：A 文章编号:1001-4055 （2015）04-0614-08 DOI ：10.13675/j.cnki.tjjs.2015.04.019 Frequency Veering and Mode Shape Interaction for a Cracked Blade CUIWei，WANGJian-jun （SchoolofEnergyandPower，BeihangUniversity，Beijing100191，China） Abstract ：Frequencyveeringandmodeshapeinteractionofacrackedcantileveredplatebladearesimulated usingmodalanalysisandnonlinearanalysisinfiniteelementmethod.Firstly，frequencyveeringandshapeinter⁃ actionduetocracklengthchangingareinvestigatedinlinearmodalanalysisusingopencrackmodel.Theprocess ofshapeinteractionisquantitativelystudiedbymodalassurancecriterioninveeringregion.Thenabilinearcrack modelisestablishedbyconsideringcrackclosureeffect.Nonlinearresonantfrequenciesarecalculatedusingbi⁃ linearcrackmodel.Thedifferencesofveeringresultsusinglinearandnonlinearapproachesarediscussed.At last，acontactFEMcrackmodelisusedtoverifyresonantfrequenciesofbending，twistingandin-planebending modesbetweenopenmodelandbilinearmodelbyforcedresponsesweepingcalculation. Key words ：Crackedblade；Frequencyveering；Modeshapeinteraction；Modalanalysis；Bilinearfrequency； Modalassurancecriterion