[發明專利]一種針對輪體結構傘形振動的顆粒阻尼減振設計方法

有效

• 申請號: 201310421438.2
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103473417A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 王延榮;劉彬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明屬于轉子結構的振動可靠性技術領域，具體涉及一種針對輪體結構傘形振動的顆粒阻尼減振設計方法。?

本發明屬于轉子結構的振動可靠性技術領域，具體為使用顆粒阻尼器對輪體結構進行減振的方法。?

背景技術

輪體結構在研制和使用過程中，振動問題難以避免，因振動引起的故障時有發生。輪體結構的傘形振動和節圓振動由于頻率較低，低頻激振力即可激起共振，因此在驗證試驗中極易出現?，F代航空發動機中的某些轉子部件除所處溫度環境較高，還存在較大的離心載荷，在這些極苛刻環境下，干摩擦、粘彈性材料等傳統阻尼技術難以持續地達到良好的減振效果，而顆粒阻尼技術卻顯示了極大優勢。?

顆粒阻尼是一種能夠達到較高機械阻尼的被動減振技術，它是在獲得結構振動特性的基礎上，將內部裝填有不同材質顆粒的空腔附著在結構振動較大的區域，通過顆粒與顆粒以及顆粒與空腔之間的非彈性碰撞和摩擦消耗系統的動能，從而達到減振目的。與其他傳統阻尼技術相比，顆粒阻尼技術的突出優點有:(a)不對結構附加質量，有利于輕量化；(b)不須改變結構部件的總體外形設計；(c)減振效果顯著，且在較寬的頻率范圍(0～6000Hz)范圍內均有一定減振效果；(d)阻尼特性穩定，不老化；(e)具有良好的減振、隔振和抗沖擊綜合特性。?

到目前為止，國內外對顆粒阻尼開展的理論及試驗研究對象主要為懸臂梁及其類似結構，其振動典型特點為模態頻率較低，結構響應的無量綱加速度范圍較小(多數為Γ<20)。對于實際輪體機構，由于外形復雜，雖存在與懸臂梁一階振動類似的傘形振動，但其對應頻率較高，結構響應加速度大，再加上顆粒阻尼影響因素多，本身存在高度非線性，無法單純通過數值模擬或者試驗獲得較好的顆粒阻尼器的設計方案，因此顆粒阻尼針對實用結構的應用很少。?

本發明利用正弦掃頻試驗首次給出了在無量綱加速度5<Γ<140范圍內，不同材質、顆粒粒徑對顆粒阻尼的影響規律，并結合顆粒阻尼離散元程序(DEM)對輪?體結構傘形振動的二維等效振動模型進行了數值模擬，給出了將顆粒阻尼應用到實際輪體結構件上的方法及操作步驟，其有效性已通過振動試驗進行了驗證。?

發明內容

本發明的目的是提供一種針對輪體結構傘形振動的顆粒阻尼減振設計方法，為輪體結構的減振引入新的手段。?

本發明為一種針對輪體結構傘形振動的顆粒阻尼減振設計方法，其具體步驟如下：?

步驟一：建立輪體的實體模型?

針對給定的實體模型在CAE前處理軟件中建立目標輪體的有限元模型；?

步驟二：對建立的有限元模型進行結構分析?

首先，將建立的有限元模型導入到有限元軟件ANSYS中，定義相應的材料參數，給定轉速以及位移約束條件，通過靜力分析得到離心力引起的結構應力分布，注意關注輪體結構的主要應力集中點位置及水平，輪緣位置的應力水平；?

然后，采用質量歸一化的模態分析，不計轉速，獲得輪體結構的固有振動特性，并根據振型特點確定傘形振動所對應的頻率；?

最后，在原有約束的基礎上，初步設定結構阻尼，對有限元模型施加單位“1”的軸向階躍正弦激勵，獲得輪體結構在正弦激勵下的響應峰值及對應頻率，并對傘形振動頻率再次確定。?

步驟三：獲得輪體結構傘形振動的二維等效模型?

采用振型歸一化的模態分析，不計轉速，利用能量法求解系統二維等效振動模型的特征參數：等效質量m_c，等效剛度k_c，并根據實際需要設定結構阻尼，完成二維等效模型的建立；?

步驟四：確定顆?？涨怀叽?

由于輪體結構發生傘形振動時輪緣響應最大，首先根據輪體實際情況將顆粒阻尼器預裝位置設定在盡量靠近輪緣處，由于同等空腔深度情況下，截面積越大，裝填顆粒越多，減振效果越好，因此根據輪體尺寸設計截面積盡量大的顆?？涨?；?

隨后，對打孔后的輪體進行靜力分析，在保證材料強度的前提下對空腔的?截面尺寸進一步調整。?

步驟五：利用正交試驗獲得填充方案的設計規律?

首先，設計顆粒填充方案的正交試驗。選取空腔邊長d_c，空腔深度h，顆粒粒徑d_p，顆粒填充率V_r作為影響因子，根據實際需要，對每個影響因子設計多個影響水平，結合4因子多水平正交表，可以得到正交試驗各項子試驗的具體內容；?