民用发动机风扇叶片模态及共振分析

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1、第33卷第6期2015年12月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFCHINAV01．33No．6December2015民用发动机风扇叶片模态及共振分析瞿红春，黄远强，王涛，王巍然(中国民航大学航空工程学院，天津300300)摘要：基于模态分析理论，运用实验设备和ANSYS软件对某型发动机风扇叶片进行有限元模态分析。计算其在不同转速下的固有频率和振型，分析发现叶片最大变形量一般发生在叶尖或前缘处．其位置可以从模态振型图上找出；作出叶片的Campbell图以研究其振动特性，发现其

2、在1阶、2阶范围内存在4个共振点，求取叶片在发动机不同工作状态下的转速裕度．结果表明该型风扇叶片满足10％的转速裕度要求。本方法可为发动机风扇叶片设计、性能评估和故障诊断等方面的研究提供理论依据。关键词：风扇叶片；模态分析；ANSYS；Campbell图：转速裕度中图分类号：V232文献标志码：A文章编号：1674—5590(2015)06—0013一04Modalityandresonanceanalysisofcivilaero-enginefanbladeQVHong-chun，HUANGYuan-qiang，WANG

3、Tao，WANGWei-ran(CollegeofAeronauticdEngineering，CAUC，Tianjin300300，China)Abstract：AmethodoffiniteelementanalysisbasedonmodalityanalysistheorywithequipmentandANSYSsoftwareisusedtostudyafanblade．Accordingtoitsinherentfrequencyandmodalshapesunderdifferentspeeds，theres

4、ultisfiguredthatmaximumbladedeformationgenerallyoccurredatthetiporontheleadingedge，anditslocationcouldbefoundinmodalshape．AftermakingCampbellmaptoanalyzeitsvibrationcharacteristics．therearefourresonancepointsexistintherangeoffirst-orderandsecond-order．Thefourresona

5、ncepointsandtheblade’Srotationmarginsshowthatthefanblademeetrequirementof10％vibrationmargin．Thismethodcouldsupplytheoreticalbasisforbladedesign，performanceevaluationandfaultdiagnosis．Keywords：fanblade；modalityanalysis；ANSYS；Campbellmap；rotationspeedmargin宽弦风扇叶片已成为大

6、涵道比涡扇发动机的发展主流，具有增加发动机喘振裕度、增强抗外物损伤能力和提高发动机推力等优点。对风扇叶片进行振动特性研究，以确保其在发动机工作转速范围内不发生异常振动非常重要川，研究叶片固有振动特性以降低其振动值和噪声水平一直是发动机设计研究中十分关注的问题旧。QU等人基于模态分析理论和叶片的数学模型计算某型风扇叶片的固有频率，并运用模态实验设备进行测量对比13l；杨雯等人使用ANSYS软件利用数值模拟方法研究了某型宽弦风扇叶片的动力学响应特性H。本文将实验模态测量方法与ANSYS软件分析相结合，基于模态分析理论通过数值模拟

7、方法研究了某型风扇叶片的振动特性，用实验的方法来验证ANSYS软件求解的可靠性。通过求解叶片在各工作转速下的固有频率和模态振型，作出Campbell图研究其振动特性并求解其在各个工作状态下的转速裕度，可为发动机风扇叶片的性能评估和振动故障分析等方面的研究提供依据。1模态分析基本理论模态分析常用于求解叶片结构的固有频率和振型，同时也是其他动力学分析如谱分析、瞬态动力学分析的前处理过程。具有n个自由度的叶片系统振动微分方程为【51【^幻{立l+[C1{互)+[豳{戈】={F)(1)收稿日期：2014—09—28；修回日期：201

8、4一12一10基金项目：中央高校基本科研业务费专项(ZXH2010D019)；中国民航大学科研基金项目(05yk08m)作者简介：瞿红春(197l～)男，湖北荆州人，副教授，博士，研究方向为航空发动机故障诊断和维修管理—．14——中国民航大学学报2015年12月其中：嗍为叶片质量矩阵；{互